SI100B EE Part · Tutorial 0

Before Start

在开始之前，您可能需要了解以下内容：

• 我们需要使用 Java 运行时环境来完成作业，但请不要担心，我们的作业中不会涉及任何和 Java 有关的内容，它仅仅作为一个运行工具而存在。
• Logisim是一个带有GUI界面的程序，请在您的本地环境中运行它。Java版本应大于16。
• 请使用我们提供的“.jar”文件（版本为“3.8.0”）以避免兼容性问题。Windows、Ubuntu和macOS系统都可以运行它。
• Logicsim不会在进行过程中保存您的工作。记得在开始时保存，并在工作时经常保存。
  • Ctrl + S（或者Command + S） 快捷键允许快速保存。

1.1. Java 运行时环境配置

点击按钮下载 Java

完成下载之后，双击下载好的 jdk-17_windows-x64_bin.exe 文件，进入安装界面

1.1. Java 运行时环境配置

点击“下一步”：

1.1. Java 运行时环境配置

显示进度条表面进入安装流程：

1.1. Java 运行时环境配置

点击“完成”，完成 Java 环境的安装：

1.2. 启动logisim

双击打开作业文件夹中的 logisim-evolution，即可打开 Logisim 界面！

等待动画加载完成后，发现如下界面，则说明 logicsim 已经成功配置完毕！

2.1. Java 运行时环境配置

使用 brew 安装 Java

在 MacOS 中，brew 是帮助我们在命令行快速安装其他应用的工具，因此首先安装 brew。打开mac的终端，输入安装 brew 的命令：

/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

等待界面加载完成后，我们使用 brew --version 。如果出现相关版本信息，则说明 brew 被正确安装。

安装好 brew 后，我们使用 brew 安装 java：

brew install java

2.1. Java 运行时环境配置

添加环境变量

输入 java --version。

对于大部分同学而言，输出可能会类似：

{Your_Username}@{Your_ComputerName} ~ % java --version
The operation couldn’t be completed. Unable to locate a Java Runtime.
Please visit http://www.java.com for information on installing Java.

{Your_Username}@{Your_ComputerName} ~ % java
The operation couldn’t be completed. Unable to locate a Java Runtime.
Please visit http://www.java.com for information on installing Java.

说明我们没有添加环境变量。

2.1. Java 运行时环境配置

添加环境变量

完成环境变量的配置之后，我们输入 java --version 应当会出现 java 的版本信息：

{Your_Username}@{Your_ComputerName} ~ % java --version
openjdk 21.0.2 2024-01-16
OpenJDK Runtime Environment Homebrew (build 21.0.2)
OpenJDK 64-Bit Server VM Homebrew (build 21.0.2, mixed mode, sharing)

至此，java 运行时环境配置完毕

3.1. Task 1: 创建AND门电路

我们将尝试创建一个 AND 门电路，以帮助我们学习如何使用 Logisim 。请注意程序左下角的缩放和网格功能，这将在我们构建大型电路设计中的时候更好的进行布线。

3.1. Task 1: 创建AND门电路

1. 首先单击 AND 门按钮。这将使 AND 门的影像跟随光标移动。在主原窗口中单击一下，就可以放置一个 AND 门。

2. 单击 Input Pin 按钮。现在，在 AND 门左侧的某个位置放置两个输入引脚。

3. 单击 Output Pin 按钮。然后在 AND 门的右侧放置一个输出引脚。

此时，您的 Schematic 应该是这样的：

3.1. Task 1: 创建AND门电路

4. 单击 Select 工具按钮。单击并拖动，将输入引脚连接到 AND 门的左侧。这需要几个步骤，因为您只能绘制垂直和水平导线。只需水平绘制导线，松开鼠标键，然后从导线末端开始单击并拖动，继续垂直绘制。您可以将导线连接到左侧 AND 门上的任意引脚。重复同样的步骤，将 AND 门（右侧）的输出连接到输出引脚。双击这三个引脚，为其命名标签。

   完成这些步骤后，您的 Schematic 应大致如下：

   

3.1. Task 1: 创建AND门电路

5. 单击 Poke 工具并尝试单击 Schematic 中的输入引脚。观察会发生什么。

3.1. Task 1: 创建AND门电路

6. 将电路保存为 ex0.circ 。单击 Simulate -> Test Vector... 并从 hw1_release 文件夹中选择 testvector_ex0.txt 文件加载矢量。如果一切顺利，你应该看到所有四个测试向量都通过了。这里展示的是错误连接时的测试结果。

注意：我们不会对这部分进行评分。

3.2. Exercise 1: Pin

针脚是电路的输出还是输入，取决于它的输出值属性（即 Selection 中的 “Output?” ）。

圆形或圆角矩形表示输出针脚，正方形或矩形表示输入针脚。

输入或输出值都会在组件上显示(打印视图除外)。

3.2. Exercise 2: Tunnel

标签通道的作用类似于导线，但与导线不同的是，连接不是明确绘制的。当你需要连接电路中相隔很远的点时，用标签通道来替代就很有用。下面的插图说明了它是如何工作的：这三个隧道都有相同的标签 a，这三个隧道相当于连接的点。(如果其中一条隧道被标记为其他东西，比如b，那么它将是另一组隧道的一部分)

其主要参数是 “Label（标签）” ，这是一个特别重要的属性，如果两个标签通道的标签名称一样，那么它们相当于之间有导线连接，是连通的。

3.2. Exercise 3: Constant

Constant 输出在 Value（值）属性中指定的值。它只有一个引脚，输出对应位宽属性的值。

其属性包括：

• Data Bits（数据位宽）：指定输出数据的位宽，一个 位的常量有 个可能的值（范围为 ）
• Value（值）：指定常量的值，注意 0x 表示的是十六进制

3.2. Exercise 5: 构建子电路

请按照以下步骤操作

1. 打开练习 1 的 Schematic ( File -> Open -> ex1.circ )。

2. 双击左侧菜单电路选择器中的 NAND1 打开 NAND1 空子电路。（注意末尾的 1 ；因为有一个名为 NAND 的组件，所以我们不能将其称为 NAND ）。

3.2. Exercise 5: 构建子电路

3. 在新的 Schematic 窗口中，创建一个简单的 NAND 电路，左侧为 2 个输入引脚，右侧为输出引脚。请不要使用 Gates 文件夹中的内置 NAND 门（即只使用选择工具图标旁边提供的 AND 、 OR 和 NOT 门）。您可以使用选择工具选择输入/输出，并更改窗口左下角的属性 Label 来更改输入和输出的标签。

4. 重复上述步骤，再创建几个子电路：

   • NOR
   • XOR
   • 2-to-1 MUX
   • 4-to-1 MUX

3.2. Exercise 5: 构建子电路

以4-1选择器为例：总计六位输入，分别是四路数据输入A、B、C、D和两位地址选择sel1、sel2。我们可以朴素地感知，这个电路通过地址选择将一路输入接通至输出。

由此可知运行逻辑：
两位地址选择，采用二进制编码，将被译码为四位输出（0001或0010或0100或1000）。通过这四位输出分别和数据输入取逻辑与（AND）并输出，仅有一位数据输入被带出，另外三位输出必为0。最终将取逻辑与之后的四位输出通过四输入或门输出即可。

可推知输出 Y=Asel1'sel2'+Bsel1'sel2+Csel1sel2'+Dsel1sel2

3.2. Exercise 5: 构建子电路

1. 注意事项
   • 请不要更改子电路的名称或创建新的子电路
   • 请在分别命名的电路中工作，否则自动跟踪器将无法正常工作。
   • 请勿使用除 AND 、 OR 和 NOT 以外的任何内置门电路。
   • 建立子电路后，您可以（而且我们鼓励您）用它来建立其他电路。您可以像放置其他元件一样，点击并放置您创建的子电路。