Project3: Memory

在本次项目中我们将从寄存器出发，逐步实现不同大小的RAM。

Bit

而为了解决这一个问题，我们需要澄清一个潜在的误区，即HDL与平时我们使用的编程语言不同，它是一种声明式语言，所有的语句是并行执行的。

所以我们可以直接在Mux的接口就使用一个feedback作为传输的中间值，而在DFF中再对它进行定义即可。

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/**
 * 1-bit register:
 * If load is asserted, the register's value is set to in;
 * Otherwise, the register maintains its current value:
 * if (load(t)) out(t+1) = in(t), else out(t+1) = out(t)
 */
CHIP Bit {
    IN in, load;
    OUT out;

    PARTS:
    //// Replace this comment with your code.
    Mux(a=feedback,b=in,sel=load,out=input);
    DFF(in=input,out=out,out=feedback);
}

Register

使用Bit进行逐位置运算即可。

RAM

核心步骤一共有三步：

根据地址选择到底应该在哪个Register上面进行操作。这里我们使用DMux8Way。
根据第一步拆解出的8个分量，分配给各个Register。
对于8个分量的输出，同样根据地址选择应该输出哪个output作为RAM的最终输出。这里使用Mux8Way16。

在硬件层面编程，实现分支判断是一场灾难。所以我们不得不把所有分支的结果全部进行计算，然后使用已经提前完成的分支选择器选择一个作为输出。这和我们常见的编程语言的基础思想是不一样的。

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/**
 * Memory of eight 16-bit registers.
 * If load is asserted, the value of the register selected by
 * address is set to in; Otherwise, the value does not change.
 * The value of the selected register is emitted by out.
 */
CHIP RAM8 {
    IN in[16], load, address[3];
    OUT out[16];

    PARTS:
    DMux8Way(in=load,sel=address,a=a,b=b,c=c,d=d,e=e,f=f,g=g,h=h);
    Register(in=in ,load=a ,out=out0 );
    Register(in=in ,load=b ,out=out1 );
    Register(in=in ,load=c ,out=out2 );
    Register(in=in ,load=d ,out=out3 );
    Register(in=in ,load=e ,out=out4 );
    Register(in=in ,load=f ,out=out5 );
    Register(in=in ,load=g ,out=out6 );
    Register(in=in ,load=h ,out=out7 );
    Mux8Way16(a=out0,b=out1,c=out2,d=out3,e=out4,f=out5,g=out6,h=out7,sel=address,out=out);
}

完成RAM8之后，更大的RAM使用相同的方式也可完成，不再赘述。

PC

插播一个HDL里面的坑：变量名里面不要加_ !!!!!!!!!!否则会报错。

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/**
 * A 16-bit counter.
 * if      reset(t): out(t+1) = 0
 * else if load(t):  out(t+1) = in(t)
 * else if inc(t):   out(t+1) = out(t) + 1
 * else              out(t+1) = out(t)
 */
CHIP PC {
    IN in[16],inc, load, reset;
    OUT out[16];
    
    PARTS:
    Inc16(in=state,out=outinc);
    Mux16(a=feedback,b=outinc,sel=inc,out=temp1);
    Mux16(a=temp1,b=in,sel=load,out=temp2);
    Mux16(a=temp2,b=false,sel=reset,out=seloutput);
    Register(in=seloutput,load=true,out=state,out=out);
}