复活吧我的Xsim， 但变成了Vscode+modelsim的形状力

在笔者还在上数逻课程的时候，vivado的sim就已经似掉了。。。

吃了一年的时后我决定复活xsim,但是由于vivado 的操性这事实在太难。

所以我选择 续弦 使用vscode+modelsim的方式替换原来的vivado仿真工作流。

教程：#

我参考的教程

Q&A:#

  • 环境配置过程中出现报错：VsCode联合Modelsim进行自动编译，蓝色波浪线，Error: (vlog-66) Execution of vlib.exe failed.

厦门回忆

国庆去了厦门。主要在思明区转了一圈，去看了双子塔、沙坡尾、中山街，在演武大桥观景台吹吹海风，坐船到海上游了一圈，在厦门大学门口溜达了一下，山海步道去上去看看风景。。。

为什么没有去鼓浪屿，因为鼓浪屿票买不到。

于我而言，厦门是一个新旧夹杂的城市。双子塔宏伟矗立，演武大桥曲折蜿蜒，然而在这些胜景的脚下，却散落着老旧的城区，环带着拥挤的街道

计算机组成设计

本文作为计组的学习记录。

绪论：#

之前学习的 数字逻辑设计 课程，简单介绍了计算机组成相关部件的设计，比如组合电路设计，时序电路设计。这些模块都很简单，比如加法器，选择器，编码器，解码器。而计算机组成这门课，就要利用这些简单的模块，设计计算机中更加复杂的元件，比如处理器，处理系统等等。最重要的是设计简单的 RISC（精简指令集）**-CPU核**。涉及到ALU、单周期流水线CPU和简单的系统。

之后我们还会学到另外一门课 计算机体系结构，那里我们会学到有关处理器的更高级的技术（比如如何优化性能）。

实验一般很难在课上做完。

教材内容：#

第一章 引言：#

这一章内容介绍什么是计算机，以及计算机中相关的内容。

计算机在二十世纪中叶开始迅速发展，从非电子，到电子管、晶体管、集成电路、大规模集成微处理器的出现，都引起了计算机发展的一个高潮。

  • 早期计数方式很原始；
  • 后来帕斯卡发明了机械式计数器；
  • 再后来，图灵提出了图灵机模型，指出计算的过程和算法可以公式化表示；
  • 第一台电子计算设备；
  • 第一台计算机ENIAC（通用指令集、十进制，可编程、图灵完全）；
  • 冯诺依曼（计算与存储分离->编程的产生）（现在还有存算一体，因为计算性能很高，但是访存太费劲）（数据和指令放在一个存储器）；
  • 晶体管代替电子管，减小体积，速度加快。以前靠卡片进行编程，这段时间就出现了汇编。
  • 集成电路代替晶体管，出现操作系统-时分复用。
  • 微处理器替代集成电路；
  • 便携电脑与平板电脑的原型设计；首台现代个人电脑。
  • 1982年个人电脑开始兴起，IBM PC，内含inter芯片和微软DOS系统；1984年乔布斯发明了MACOS（with GUI），之前的操作系统是没有GUI的。
  • RISC（精简指令集计算机）/CISC（复杂指令集计算机）；前者指令执行使用尽量少的时钟周期、指令编码长度定长等等，这些都是为了提高cpu性能的。

计算机发展受芯片的约束，关于芯片发展的规律有一个 摩尔定律：集成电路单位面积上可容纳的晶体管，约每两年会翻一番。

计算机的类别：

  • 个人电脑：通用性，性价比较高；
  • 服务器电脑：基于网络的，容量大，用作若干功能的代理，比如计算。
  • 超级计算机：高精度/科学计算需求。
  • 嵌入式计算机：作为系统中的一部分存在，比如电瓶车中驱动的芯片（两三块钱）。
  • 个人移动设备：
  • 云计算。

之后的计算机会是什么样子呢？

计算机组成：

  • 硬件：
    • cpu:
      • controler:
      • datapath:
    • memory:
    • i/o interface:
  • 软件
    • 系统软件：操作系统/编译器/驱动（专为某些硬件设计的软件）；
    • 应用软件：各类app；

下面是一个框架：
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如何构建一个处理器：#

构建一个处理器，实际上就是将集成电路/芯片 进一步集成的过程。

单晶硅-晶圆-带有功能的晶圆（网格化）-去掉坏的得到 裸片-封装成为芯片-测试

早期的芯片设计就是用晶体管搭 积木；后面出现了hdl；芯片上的连线是需要设计的，这就是版图（layout）设计；然后使用掩膜板来成型。

第二章 指令#

指令 是一堆声明，让机器能够做什么。

指令的意义，就是将机器内部的实现隐藏起来，而对外界暴露出了固定的、可以实现无穷多种功能的接口。这种接口就是指令。

指令集就是一堆指令的集合；

指令结构就是 指令的结构，指令由哪些部分组成。

risc-v指令集的指令特点是:

  • 每条指令只对应一个操作；
  • 逻辑简单，指令形状规则

比如我们在高级语言中写下：
f=(a+b)-(c+d)，那么在底层实现上，就要使用计算部件对这些内容进行处理。

寄存器#

我们先来看看寄存器，这些寄存器是供各种数字计算需要而设计的。
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简单而言：

  • 0寄存器；
  • 四个结构寄存器（返回指针、栈顶指针、全局变量指针、进程指针）
  • 中间变量寄存器（5-7，28-31）
  • 保留寄存器（函数调用前后保持不变的）（8-9,18-27）一共12个
  • 传参寄存器（传入和传出）(10-17)一共八个

数从哪里来？存储器：#

为了获取数，我们需要加载/存储指令，这就是lw,sw等等指令的来源；由于risc-v指令集的位宽是64位，因而所有的指令都是按doubleword来讲的。

risc-v的存储有以下特性：

  • 内存是以字节编码的，只能访问整字节数据，而不能是更小的位数。
  • 小（低）端存储：低位放在低地址。大端反之，大端比较符合我们的读数习惯，小端比较符合我们的访存习惯
  • 不要求字节对齐，但一般都要字节对齐。
    • 有很多指令集都同时支持大小端。

接下来我们就来讲内存相关的指令。其实也就是ld/sd/lw/sw，其形式为：ld rs offset(base)/sd rd offset(base)

为常数而设计的指令：immediate#

例如偏移地址的计算。所谓 立即数以我的理解就是非存储形式的、直接使用的数，而不是放在寄存器或内存中。

位操作指令实现：#

I-format下的指令，因为移位操作最多移64位，从而imm可以压缩到6位，最后留下一部分func6供判断。

主要的指令有sll/srl/slli/srli/and/or/xor，xor可以实现not的功能。

或者当移位的立即数就在寄存器中时，也有srl x5 x6 x7

流程控制：#

beq rs1 rs2 L，若相等跳转到L，因而可能需要

指令编码：#

参照下面这个图：
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最基本的指令结构就是r型指令；

I型指令既可以是addi也可以是ld指令，都涉及两个寄存器和一个立即数。这个立即数是2’complement，有符号数。

但store指令没有rd，因为要往存储器中存，从而将imm的rd改为imm的低五位。

第四章 处理器#

cpu组成：

  • 控制单元：阀门，控制数据流向；
  • 数据通路：河床，数据流的载体；

cache#

实验课：#

实验为我们准备了一个测试平台soc，我们可以写好自己的组件，然后放到这个平台上检测是否正常运行。