8、P1 W1 U1.7 作业1 讲解

视频:
如果本次课程对应的 Coursera 的视频打不开,可以点击下面链接
P1W1U1.7 - Project 1 Overview

软件:
全课程所需软件项目包官方下载:
https://www.nand2tetris.org/software
备了一份软件项目包放在CSDN了,版本2.6支持Mac、Linux、Windows:
https://download.csdn.net/download/shazizm/11268147

课程的设计方法:
一生Nand,二生And、Or、Not...,三生所有。总之就是后一步在前一步的基础上完成。每一步都是实践得来。避免了跳跃和抽象的概念造成的不知所云。


我们总共一步步会组建30个逻辑门,不过这周只会涉及16个。

已知:Nand
求:下图15个门
为什么是它们:1.最常用。2.本课程的“Hack小电脑”需要。。。


本周先做这些,下周课还会做其它的。

这周需要解决的15个逻辑门 分了三类:基础型、总线型、多路型


黄箭头 老师会重点讲解。

首先是
Multiplexor(多路选择器?)用 Mux 表示

功能(如下图 左上角图示):
sel 设置为0 时,out 输出 是 a 的内容。
sel 设置为1 时,out 输出 是 b 的内容。

sel => select => 选择

选择器还有更高级的用法 例如:
可以选择 a和b 进行什么样的布尔运算

如下图:
当 sel 设置 为 0 时,out 就是 a 和 b 的 “与And”运算
当 sel 设置 为 1 时,out 就是 a 和 b 的 “或Or”运算

这里语言苍白繁琐,还是看下图右上的真实表吧。

此图下部分给出了 AndMuxOr 内部实现示意图,和对应 HDL的代码实现。但Mux的并没有告诉我们怎么弄。。。让自己琢磨。。。

接下来介绍:
Demultiplexor(反向多路选择器?)用 DMux 表示

当sel = 0 ,a = in ,b=0
当sel = 1 ,a = 0 , b =in
对比一下下图右上真值表,便可知。

貌似功能和Mux 正相反。

DMux 也需要我们自己去实现

那 Mux 和 DMux,在通讯网络中的应用 例如:

如下图:这样我们就能共享一条线路上传输 两组信息(蓝色是一组,红色是一组)到达接收方后,通过使用与发送方相同的 sel 序列,就能解码出两组信息。

了解一下就好,课程不会用这种通讯方法

接下来继续黄色箭头里的 16位与门 用 And16 表示

这个的运算如下图 就是把 每个 a 对应的 b 进行And与运算。

我猜实现 不会就是写16个And吧

最后 16位4路选择器 (16-bit,4-way multiplexor)用 Mux4Way16表示

这里 abcd 代表 4路 ,每路16位。

为了 能选择4路,所以 sel 也对应变成 2位(2位二进制数,可以有4种组合,如下图右上真值表)

Mux4Way16 也是作业的一部分,需要自己完成。

最后我们再回顾一下我们将要完成的15个逻辑门。

我们怎么开始设计呢?

下图就是我们3个已知的文件(例如:Xor.cmp、Xor.hdl、Xor.tst这3个文件都在软件包里,网页一开始处下载)。

如下3步流程完成每个逻辑门
第一步. 通过下图左上材料,编写完 Xor.hdl (此文件的 PARTS:处写代码)
第二步. 用Xor.tst 测试
第三步. 确保测试结果和 Xor.cmp 一致

拿Xor打个比方

另外逻辑门的输入输出的变量名称该如何保持和课程一致。老师让参考一个打不开的链接。

不过这些名称(接口、也叫API、也叫Interface)应该已经默认的提供在了hdl文件里了。应该不用担心。


下图列出这些接口命名,大概看一下


请搜索 HDL Survival Guide

另外提醒一下,其实硬件模拟器自带了全部的逻辑门。

你只要把自己写的例如Xor.hdl 改成 例如 Xor.hdl1,那么在其它逻辑门的hdl中使用Xor的时候,就会自动使用硬件模拟器内建的Xor。(此技巧可以用来排查错误代码文件)


内建逻辑门

最佳实践:

  1. 请按老师给出的顺序完成设计。(因为有时候后一个,需要前面的设计)
  2. 你可以自己发明新的东西,但是没必要,用之前的东西就可以满足设计。
  3. 同上,尽量用少的部件来完成设计,优雅简练。
最佳实践

常见问题:

  1. hdl 文件不能在硬件模拟器里修改。可以用文本文档之类的。
  2. 不能在自己的hdl实现里,使用自己。
  3. 当在硬件模拟器里 测试时,错误会以红色在最下面显示。
  4. 如果 a = 87654321 那么 a[0]等于1,a[8]等于8。
  5. 不会了问百度


    常见问题

那么在进入下一周的学习之前。完成15个作业吧。

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