第四章 电路设计

    第四章电路设计

    在解决午饭没多久，家具公司终于把张亿诚要求的办公桌和保险箱送了过来。由于桌子达到了1.5*3，其他房间太小只有先放客厅。新的桌子采用环形设计，人坐在环的内部，仅仅转动身体就可以达到最大面积的使用，非常的人性化。

    在许诺贿赂家具公司的司机兼搬运安装工人50美元后，在司机的帮助下又在桌子的4角的斜上方的墙上和桌子的正上方安装了5盏100W的白炽灯，一切准备就绪。

    为了方便以后的开发张亿诚给自己来到这个世界的第一次设计代号定为“闪电”，寓意不言自明，要以闪电的速度推出自己的第一款产品，抢占市场。

    开始设计指令集，指令集很多人会以为是软件其实那是错误的说法，指令集就是电路结构，他是用来描述处理cao作的，比如：＋、－、*，>>、<<、/、内存读取、跳转、异常中断等。目前最先进的处理器应该算是英特尔的8086，而80286要到82年才出现，所以张亿诚目前只打算设计的和8086性能上差不多略有过之就算成功，这个工作对于张亿诚这种前世是学术性的智能化的学者来说难度不是太大。

    为什么在这个世界张亿诚一直视英特尔为最大的威胁，那是因为在前世的时候英特尔有3位在计算机界赫赫有名的人物，他们就是大名鼎鼎的罗伯特.诺伊斯、戈登.摩尔、安迪.格鲁夫，他们同样都来自于历史上的“叛逆八人帮”，后来联合创立仙童公司，仙童公司是近代半导体工业的摇篮，同时诺伊斯还是集成电路这一人类伟大创造的发明者，而摩尔可以说只要了解计算机的没人不知道摩尔定律的，直到现在计算机业还在遵循着摩尔定律的发展，他们3人构建了业界极为罕见、完美和谐的三人执政局面。三人的合作只能说是天作之合，缺任何一位可能都会让英特尔历史大幅改写。诺伊斯自然是最耀眼的人物，传奇式的发明家，前仙童公司的总经理，他是英特尔公司的“脸面”。而甘于默默无闻的戈登－摩尔则是公司的“心脏”。没有诺伊斯，英特尔不会成为一家著名的大公司；没有摩尔，英特尔不可能有足够的力量和士气；而没有强硬的格罗夫，英特尔甚至不会成其为公司。

    英特尔最开始成立的时候只是做存储器的业务，在他们做存储器的业务时，接到了一份日本人的非标准计算器订单，这样造成他们不能使用标准化的通用性产品，又因为日本人的设计搞的太复杂，经过他们的研究发现可以简化设计，主要原因还是当时的英特尔想尽可能的把这个设计成标准件后面可以方便出售给别的公司，这样微处理器诞生了。

    由此可见英特尔3位联合创始人的头脑和技术实力，他们3位这种团结精诚合作的精神才是最可怕的。

    张亿诚找来一张大号的白纸铺在桌子上，这种纸是刚才去办公店买的，拿直尺在纸上画了个大的矩形，这表示是个处理器的核心，并在内用参吃不齐的小矩形一一做标注：1，指令寄存器模块、2，算术运算单元、3，微处理器的控制器模块、4，程序计数器、5，子程序计数器模块、6，数据存储器模块、7，数据总线处理器模块。

    张亿诚标注好这些小矩形后拉拉了白纸，在纸的右下角一一对这些器件分别做了说明。

    1：指令寄存器模块主要完成从只读存储器（ROM）中接受指令字，同时将指令字分送到控制部件和内部数据总线或者地址总线上。由于目前设计的是16位处理器，所以他接收16位的指令字后，通过微处理器控制器发出的控制信号把高8位cao作码送给控制模块用于指令的译码，而低8位的数据和地址送到地址总线或数据总线。

    2：程序计数器模块设计一位16位的程序计数器同时还必须能直接接受跳转地址。

    3：子程序计数器模块本身也相当于一个程序计数器，它是通过处理器里的控制器产生的控制信号来置数，一经置数，即是子程序的开始地址。另外子程序计数器还是可屏蔽中断和不可屏蔽中断程序执行过程的程序计数器，减少程序计数器设计的复杂。

    4：算术逻辑单元模块是处理器运行算术和逻辑运算的不见，同时还有与这个模块相关联的寄存器模块，寄存器的大量使用是RISC架构的一大鲜明特点，他主要是用来存放算术逻辑运算的两个cao作数的模块，也是算术逻辑单元运算结果的存储部件。

    5：数据存储器模块是为了能从数据存储器中读取数据和写入数据，就要有存储地址寄存器和存储数据寄存器对于要存储的地址和数据进行暂存。

    6：微处理器控制模块通过对指令的译码给出不同工作状态各个模块的cao作脉冲信号，是整个微处理器的大脑，由译码器、环形计数器和控制矩阵组成。其中环形计数器产生控制矩阵所需要的控制状态，指令译码和控制矩阵由控制模块来实现。

    7：数据总线处理器模块主要解决内部数据总线冲突问题，对不同的模块的总线请求给予回应。

    这样张亿诚基本完成处理器的大致框架的构造和各功能模块功用的定义。那么下面主要的将对指令系统进行耐心细致的设计。由于目前张亿诚不需要过高的技术领先所以决定不采用多址指令格式，因为多址指令格式会增加指令的寻址时间。在说这种技术张以诚还想以后作为新技术的噱头推出来引诱消费者买单呢。

    君不见21世纪的英特尔和AMD3天2头的推出所谓新技术2年3年后又换其他以前放弃的新技术，宣传中写到由于采用某某新技术性能提升如何如何，结果呢实测基本都是没多大屁用，用处有那么点，但是也没说的那么夸张。人家只是忽悠你的钱包。

    在张亿诚定义了令地址格式和一地址格式的指令集的格式后正要继续往下的工作的时候敲门声伴随着埃里克的声音传来，抬头看了下外面，这时张亿诚才发现竟然只能看到玻璃上屋内的倒影。不知不觉竟然到了晚上。

    当埃里克进到屋里看到张亿诚一个下午的工作成果时，惊呆了，作为一个电子系的高材生他不可能不知道这份未完成的图纸意味着什么。

    “这是你开发的一款芯片雏形？”埃里克以一种不敢相信的口气询问道。

    “当然，这个住宅里除了我还有别的主人吗？或者你认为我剽窃了别人的作品？”张亿诚来了个反问以半开玩笑的方式说。张亿诚没有说自己多长时间开发，如果他知道这仅仅只是张亿诚一个下午的成果的话不知道他惊讶的会不会下巴掉下来。

    “不不不，只是你让我太惊讶了，对不起我为我的鲁莽而抱歉。”在学术方面不得不说美国人的真诚，即使在前世的21世纪后也没国人学术界那种官僚化和浮躁，他们对于学术研究从来都是不遗余力，对于研究人员保有足够的尊敬，甚至在美国众多行业中平均薪水最高的是科学家，这也是美国能始终领先别国的原因之一。

    “喂，埃里克不知道你这么晚还来找我有什么事？我知道你不是个没事喜欢到处乱跑的人，你有什么好消息或者坏消息告诉我吗？让我猜猜，是教授让你来通知我关于处罚我的消息的？”以张亿诚对他的了解这样说道。

    “我想你的猜测是对的，但是你知道的不完全对，教授仅仅只是告诉我让你后天早上8点校方会为你举行一个讨论会，到时候你将会在会上发言，尽力说服那帮脑满肠肥的蠢货打消他们贪婪的借口，教授希望你这2天好好做准备。同时你也知道我被你早上那番言语说动了，我想过来和你讨论一番这方面的问题，我知道你提出这个问题肯定是想了好长时间了，所以你吸引了我。”

    “真的谢谢你能过来通知我，我会准备充分的，不用担心我将会没事，关于早晨我提到的问题我很遗憾的告诉你我也是刚刚有想解决这个问题的想法，至于具体的工作我还没有开始，你也看到了我面前的工作量不是短期内可以完成的，我不想半途而废，我需要在我没有丧失兴趣前单独完成他，创造一个记录。”说完张亿诚大笑起来，张亿诚不想在自己未开发完成前把设计的思想等泄漏出去而委婉的拒绝了埃里克。

    埃里克也仅仅耸了耸肩表示自己无所谓。张亿诚看到埃里克的情绪还是有一点受到影响决定给他找点别的让他感兴趣的做。“埃里克我亲爱的同学，我想我需要你的帮助，不知道你有没有兴趣？”