architecture - （Nand2tetris CPU）（什么/多少）在每个时钟周期发生？

Question

在Nand2tetris CPU的基础上，如下图，想知道以下几点：

1. （什么/多少）在每个时钟周期内发生？ （见 IMG_1 和 IMG_2）

2. 作为问题 1 的后续问题，程序计数器应该何时更改？

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请注意，我知道时钟是什么以及何时

IMG_1

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IMG_2

Answer 1

Nand2Tetris 仿真掩盖了时钟的许多细微之处。没有滴答/滴答阶段。相反，有一个特殊的 DFF（数据触发器）组件可以满足对内存的需求。

可视化它的方法是将组件划分为没有内部状态的组件（那些是其输入的纯函数，例如没有 DFF 构建的任何组件）。当它们的输入发生变化时，它们会立即改变它们的输出状态。

DFF 基本上将其新状态计算为其输入的纯函数，但将输出该状态延迟一个周期。所以它有一个内部记忆，它在前一个周期中的状态。事实证明，这就是实现相当于滴答/滴答时钟所需的全部内容。

有关更多详细信息，请参阅https://docs.wixstatic.com/ugd/56440f_e458602dcb0c4af9aaeb7fdaa34bb2b4.pdf 。

Answer 2

DFF 将在滴答阶段“锁定”输入。然后在 tock 阶段输出。

假设你有一个 A 指令。在滴答阶段，A 寄存器锁存到指令中的值。但是旧的 A 寄存器值仍然是输出。在 tock 阶段，A 寄存器最终输出新值。您可以在硬件模拟器中验证这一点。

我们需要滴答声的原因是电路反馈。

假设你想做 A=A+D。你已经有了 A 和 D 值。时钟上没有滴答声：

• A寄存器值冲到ALU
• D 寄存器的值也一样
• ALU 输出返回到 A 寄存器
• 我们再次从顶部开始使用新的 A 值...

...直到我们决定读取该值。因此，您无法确定 add ALU 指令将执行多少次。

但是对于滴答时钟，在滴答阶段，A 值离开 A 寄存器并进入 ALU，然后 ALU 值回到 A 寄存器。但只有在“tock”中，A 寄存器才开始输出这个新值。因此，您可以使用时钟的滴答声来确定 CPU 的状态。

程序计数器也是一个 DFF。因此，在滴答声中，它将锁定一个新值（增量或跳转到的位置）。并且只有在 tock 中才会将其输出到 ROM。

我必须使用 youtube 教程和一些堆栈溢出的答案来研究人字拖，以便电子设备了解这一切。