存储系统设计实验（logisim）计算机组成实验

第1关：汉字字库存储芯片扩展实验

理解存储系统进行位扩展、字扩展的基本原理，能利用相关原理解决实验中汉字字库的存储扩展问题，并能够使用正确的字库数据填充。

我们可以做出下图：

第2关：MIPS寄存器文件设计

了解 MIPS 寄存器文件基本概念，进一步熟悉多路选择器、译码器、解复用器等 Logisim 组件的使用，并利用相关组件构建 MIPS 寄存器文件。

第3关：MIPS RAM设计

理解主存地址基本概念，理解存储位扩展基本思想，并能利用相关原理构建能同时支持字节、半字、字访问的存储子系统。

第4关：直接相联cache设计

掌握 cache 实现的三个关键技术：数据查找，地址映射，替换算法，熟悉译码器，多路选择器，寄存器的使用，能根据不同的映射策略在 Logisim 平台中用数字逻辑电路实现 cache 机制。

上图给出了一个在 Logisim 中设计完成的 cache 系统自动测试电路，为简化实验设计，这里所有 cache 模块均为只读 cache（类似指令 cache），无写入机制。电路左侧计数器与存储器部分会在时钟驱动下逐一生成地址访问序列给 cache 模块。计数器模块的使能端受命中信号驱动，缺失时使能端无效，计数器不计数，等待系统将待请求数据所在块从二级存储器中调度到 cache 后才能继续计数。cache 与二级存储器之间通过块交换逻辑实现数据块交换，由于二级存储器相比 cache 慢很多，所以一次块交换需要多个时钟周期才能完成，cache 模块判断数据块准备好的逻辑是 blkready 信号有效，该信号有效且时钟到来时，cache 将块数据从 BlkDin 端口一次性载入到对应 cache 行缓冲区中，此时 cache 数据命中，直接输出请求数据，解锁计数器使能端，继续访问下一个地址。
自动测试电路会逐一取出 trace 存储器中的主存地址去访问存储系统，并逐一将数据从 cache 模块取出送校验和计算电路计算校验和，计数器值为256256时会停止电路运行，此时所有存储访问的 cache 命中率将会在右上角 LED 数码管显示。本次实验的主要任务就是设计该电路的核心模块 cache 子电路。
结合引脚功能说明，实现直接相联 cache 模块，该 cache 模块共包括88个 cache 行，每个数据块包含包括44个字节共3232位数据。
可以得到以下连接图：
图片较大，细节比较多，可以看看局部小图：

以上就是存储系统的前四个实验。有关计算机组成的实验已经更完了。

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