怎么用logisim完成一个具有排序功能的计算机设计

Question

怎么用logisim完成一个具有排序功能的计算机设计，在此基础上完成具有更多功能的计算机设计，比如扩展指令系统规模，使用流水线设计，实现中断控制等；完成其它程序测试。

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在Logisim中设计一个简单的排序计算机可能比较困难，因为Logisim主要用于数字逻辑电路的设计，而排序算法通常涉及高级处理，包括循环、分支和数据结构。然而，我们可以尝试构建一个非常基础的排序模块，例如冒泡排序，然后逐步扩展它来实现更复杂的功能。这里我会为你提供一个基本的步骤指南，并且会给出一些伪代码作为参考。

1. 冒泡排序模块: 冒泡排序是一种简单但效率较低的排序算法，通过重复遍历待排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。以下是冒泡排序的基本步骤：

   • 初始化：设置一个标志变量swapped为True
   • 循环：对于每个元素（从第一个到倒数第二个），执行以下操作：
     • 如果当前元素大于下一个元素，则交换它们
     • 设置swapped为是否发生交换
   • 当swapped为False时，结束循环

2. 在Logisim中实现:

   • 创建一个新的电路。
   • 添加必要的门电路，如AND、OR、NOT、NAND、XOR、D触发器等。
   • 设计一个简单的8位加法器/寄存器用于存储和比较数字。
   • 使用触发器创建状态机，以便于控制排序过程的迭代。
   • 实现冒泡排序的逻辑，使用上述门电路和触发器。

3. 扩展指令系统规模: 在Logisim中，我们无法直接扩展指令集，因为它主要是用来设计硬件电路的。不过，你可以设计多个不同的模块来模拟不同类型的指令。例如，你可以添加一个模块来进行乘法运算，另一个模块进行除法运算等。然后，将这些模块连接起来，形成一个更复杂的系统。

4. 使用流水线设计: 流水线设计可以提高计算机的性能，但在Logisim中很难直观地实现。你可以考虑设计一个简化版的流水线，比如在一个模块中同时处理多个数据，但这在实际应用中可能会变得很复杂。如果你对这个概念感兴趣，建议学习更专业的硬件描述语言（HDL）如Verilog或VHDL，配合专门的EDA工具。

5. 实现中断控制: 在Logisim中，中断控制可以通过添加额外的状态机来实现。你可以设计一个单独的模块来处理中断请求，这可能包括一个中断请求信号输入、一个中断响应输出以及相关的状态机。

6. 其他程序测试: 为了测试你的设计，你需要准备一组输入数据并观察输出结果。可以在Logisim中手动设置输入值，然后观察输出是否符合预期。也可以编写脚本来自动化测试过程。

由于Logisim是一个图形界面工具，不适合在这里展示完整的电路设计，我建议你根据以上指导自己动手实践。如果你有具体的问题或遇到困难，欢迎随时向我提问，我会提供更多的细节和帮助。记住，理解基本的逻辑电路和排序算法是关键。