华科计算机组成原理 存储系统实验：汉字字库、MIPS与Cache存储的深入探索

引言

在计算机科学中，计算机组成原理是构建和理解计算机系统的基础。本文将引导读者通过华中科技大学计算机组成原理的存储系统实验，深入探讨汉字字库存储、MIPS寄存器文件以及Cache存储的实现原理。我们将结合Logisim和Educoder平台进行实践操作，旨在提升读者对计算机组成原理的理解和应用能力。

实验背景

华中科技大学计算机组成原理课程旨在让学生深入理解计算机系统的内部结构和原理，掌握计算机硬件和软件的交互方式。本次实验主要关注存储系统，包括汉字字库存储、MIPS寄存器文件和Cache存储。

实验内容

1. 汉字字库存储芯片扩展实验

首先，我们需要理解存储系统位扩展、字扩展的基本原理。在Logisim中打开storage.circ文件，该文件包含了8个文本文件，分别对应8个存储器的输入。实验要求我们利用位扩展和字扩展原理，解决汉字字库的存储扩展问题。通过调整地址线和数据线的连接，我们可以实现存储容量的扩展。

2. MIPS寄存器文件设计

MIPS指令集支持32个通用寄存器，这些寄存器都包含在寄存器文件中。每个寄存器的内容可以通过对应的寄存器编号进行访问。在Logisim中，我们需要设计中间黄色的寄存器文件电路。该寄存器文件的设计要求在一个时钟周期内完成两个数的运算并将结果返回到一个寄存器中。我们需要熟悉多路选择器、译码器、解复用器等Logisim组件的使用，并利用这些组件实现MIPS寄存器文件。

3. Cache存储实现

Cache是计算机系统中重要的存储结构，用于提高CPU访问主存的效率。在实现Cache时，我们需要掌握三个关键技术：数据查找、地址映射、代替算法。在Logisim中，我们可以使用译码器、多路选择器和寄存器等组件，根据不同的映射策略实现对应的Cache模块。

实验操作

实验操作分为两个阶段：在Logisim中设计电路和在Educoder中进行测试。在Logisim中设计好电路后，需要点击保存，然后在编译器中复制代码到Educoder进行测试。Educoder平台提供了实验测试和挑战功能，我们可以在这里验证我们的设计是否正确。

总结

通过本次实验，我们深入理解了存储系统的工作原理，掌握了汉字字库存储、MIPS寄存器文件和Cache存储的实现方法。同时，我们也提升了对Logisim和Educoder平台的使用能力。希望读者能够通过本文的指导，顺利完成实验，进一步加深对计算机组成原理的理解和应用。