计算机系统要素：硬件描述语言HDL简介

这个系列是我近期学习The Elements of Computing Systems（中文配套书为《计算机系统要素》）的学习笔记，这是一个网络公开课程，旨在教授任何人从零开始实现计算机构建的完整流程，点击进入网站。我会在学习的过程中将碰到的一些问题和解决方法记录下来，方便其他人参考学习。

本文主要介绍其中用到的硬件描述语言（Hardware Description Language），由于网上教程较少，初次接触会很让人头疼，

1：HDL语言入门

本章的Project要求使用原始的Nand门以及由此构建的复合门实现所有逻辑门。这就涉及到HDL语言的格式问题，下面是构建Not门的实例：

CHIP Not {
IN in;
OUT out;PARTS:
Nand(a=in, b=in, out=out);
}

需要注意的几点是：

1，HDL语言所涉及的所有关键词都区分大小写，包括上面所出现的CHIP, PARTS和芯片名等等。

2，所有句子后面都需要加分号。

3，IN和OUT声明了该CHIP的输入和输出，假设要调用Not函数，那么其形式便为Not(in=, out=)，通过这个例子，我们可以看到Nand函数的IN为a,b，OUT为out，因此调用它的时候，参数括号里就必须要有a, b, out三个参数。PARTS部分描述了所有底层电路和拓扑结构，也就是真正实现芯片的逻辑部分。与、或、非等简单电路的构建可以参考维基百科（词条最下面）中的逻辑式。

4，在out表达式中，“=”符号是向右赋值的，这就意味着，“out”本身是含有值的，它的值是in的值经过相应函数输出的值，“=”的作用是将out所输出的值付给用户创建的参数。这有点像C++中的cin, cout流的“>>”“<<”符号。

5，BUILTIN CHIPS在使用时，需要将相关的class文件复制到文件所在目录才可调用。所以先要在tools文件夹中找到Nand的class和hdl文件，将其复制到作业文件夹中，才可以调用。调用BUILTIN在今后几章中也非常常用。

2：DMux的实现

在第一章所有CHIPS中，个人认为最难实现的便是DMux了，它又叫做数据分配器，根据选择项sel的内容来确定输出项。

其主要思路为：

Sel和in的值同时决定了a, b能否为1，这是一个合取关系，所以可以通过Not先得到一个sel的相反数，再利用And门分别求得a和b。

代码如下：

CHIP DMux {
IN in, sel;
OUT a, b;PARTS:
Not(in=sel,out=nots);
And(a=in,b=nots,out=a);
And(a=in,b=sel,out=b);
}

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