RISC-V指令与控制器设计：RAM与ROM操作详解

实验5-指令读取和控制器设计1是一个旨在帮助学生深入理解计算机体系结构的关键课程，主要聚焦于RISC-V指令集架构。在这个实验中，参与者将学习并实践以下几个核心知识点： 1. **存储器理解**： - 随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)是计算机内存的重要组成部分。RAM支持读写操作，常用于程序数据和变量存储，而ROM则只读，主要用于固化程序或配置信息。实验要求学生理解它们的工作原理，特别是数据位宽（如32位）和地址位宽（如最多24位）的概念。 2. **RISC-V指令集**： - RISC-V是一种开放源代码指令集架构，实验关注的是RV32I指令集，包括R型（算术逻辑运算）、I型（立即数操作）、U型（无条件转移）和S型（系统调用）指令。学生需要熟悉这些指令的类型和格式，以便在控制器设计中正确处理。 3. **Logisim软件应用**： - Logisim是一款开源的逻辑仿真软件，用于设计和验证数字电路。在这个实验中，学生将学习如何利用Logisim来实现指令的取指（fetching instructions）、指令解析（decoding），以及对立即数扩展和操作数存取的操作。通过分离的加载和存储引脚模式，学生将实践如何配置RAM以实现数据的存取。 4. **硬件实现步骤**： - 实验中具体操作包括设置RAM组件的地址位宽（如12位）和数据接口模式，以及使用Logisim十六进制编辑器进行数据输入和存储。实验还要求学生通过观察测试部分的输出验证RAM功能的正确性，包括写入和读取操作的顺序。 5. **指令执行流程**： - 学生将实际构建一个控制器，模拟9条RISC-V指令的执行过程，包括数据处理、指令调度和控制信号的生成，这有助于加深对指令执行机制的理解。 通过这个实验，学生不仅能够提升对底层硬件的理解，还能锻炼逻辑设计和编程能力，为后续的计算机系统设计打下坚实基础。