计算机组成原理汉字编码与校验设计实验报告（汉字国标码转区位码实验、汉字机内码获取实验、海明编码电路设计与海明解码）
这次实验利用logisim进行设计，进行了以下这四个实验，其中分为汉字国标码转区位码实验、汉字机内码获取实验、海明编码电路设计与海明解码，实验报告分为四个部分，在这四个部分中依次对四个实验的方案设计，设计思路进行了介绍
1 汉字国标码转区位码实验 1.1设计要求这个实验基于logisim软件进行设计，实验要求在对应电路中完成国标码转区位码的子电路设计，当汉字显示能够正确显示“华”，说明实验正确。
1.2方案设计 1.2.1 设计思路国标码GB2312采用了94×94=8836的二维矩阵对字符中的所有汉字字符进行编码，，采用十进制表示，所有字符都在矩阵中有唯一位置，这个位置可以用区号和位号组合表示，称为汉字的区位码，他们可以互相转换：区位码+A0A0H=GB2312，所以区位码=GB2312-A0A0H，由此可以得出设计思路，实验要求用加法器实现，并且输出区号和位号，因此对于输入端的另一个输入应该为A0A0H变补后的字节。
1.2.2 设计原理通过上面的设计思路，我们可以完成下面电路的设计，输入端的另一个输入为A0A0H变补后的字节，可以直接用DEF0来作为A0A0H通过求补器送到输入端的字节，因为A0A0变补后是5F60H，两个字节最高位都+1，就是DFE0。但最高位在取区位码的时候没有使用（区号和位号最高位永远是0）区号位号最大都是94，7位二进制编码即可，最高位无用，因此效果一样。并且直接填def0的话，实验设计较将A0A0H求补相比，更为简单
1.2.3 实验图片使用上面的设计思路与设计原理来进行电路的连接，这题连接其实较为简单
图1.1 2020051041 初始图片
图 1.2 2020051041 总体结构图
1.3实验步骤 实验文件data.circ与GB2312ROM.circ需要先放在同一个目录下，因为实验中调用了B2312ROM.circ的电路，不放在一起的话，会出现测评错误：系统提示找不到GB2312ROM.CIRC将实验初始的元器件进行正确的连接，位号与区号，连接在输出端，GB2312连接在输入端在输入端连接一个常量def0，常量不能输入十六进制数，因为常量默认输入十进制，所以需要增加0x开头图1.3 2020051041 常量改后的值
1.4故障与调试 1.4.1接口位宽不匹配故障现象：数据位宽不匹配
图 1.4 错误处截图 原因分析：，开始直接在输入端连的常量，数据位宽为1，和接口数据不匹配，需要进行修改 解决方案：将此常量的数据位宽改为16，并且值改为0xdef
1.5 测评结果图1.5 代码与电路在头歌平台进行测评，结果正确
2 汉字机内码获取实验 2.1设计要求使用logisim软件，在电路中的ROM存储器中存入题目所给的指定句子，该电路中计数器用于自动生成存放汉字 GB2312 编码的 ROM 组件的地址序列，启用时钟自动仿真后，右侧的 LED 矩阵区域会依次显示ROM中的事先预存的汉字内容
2.2方案设计 2.2.1 设计思路这题的要求是，将“１２３４５ＡＢＣＤＥＦＧａｂｃｄｅｆｇ轻轻的我走了，正如我轻轻的来；我轻轻的招手，作别西天的云彩。那河畔的金柳，是夕阳中的新娘；波光里的艳影，在我的心头荡漾”的汉字转为机内码，这一块可以用网上在线的工具进行转码，然后对只读存储器进行编辑，其他部分都不需要进行改动，实验还是较为简单的
2.2.2 设计原理有时汉字信息如果不进行特别标识，会与单字节的ASCII码混淆，因此解决方法之一是将一个汉字会被看成两个括展的ASCII码，使表示GB2312汉字的两个字节最高位都为1，这种高位为1的双字节汉字编码即为机内码。因此其实GB2312的汉字可以直接被机内码表示，使得这题的实验其实最重要的就在于汉字转为机内码的那一步，而并且有一关键点为每一个时钟，要正确实现一个汉字，原理还包括将数据存入ROM存储器中
2.2.3 实验图片图2.1 2020051041 初始图片
图2.2 2020051041 转码
图2.3 2020051041 存储位置
图2.4 2020051041 在存储器中存储的机内码
图2.5 2020051041 成功运行
2.3实验步骤1）先确认上一个实验正确完成，因为两个实验环环相扣，汉字机内码获取实验，是基于汉字国标码转区位码的实验进行的 2）将题目要求转换的字码复制，通过在线编译软件进行转码 3）复制第二步所获得阶码，将其粘贴到可读存储器中，并进行保存 4）保存成功后，点击时钟按钮进行测评
2.4故障与调试 2.4.1 结果输出不正确故障现象：在对可读存储器中进行数据编辑后，点击时间按钮进行仿真，右侧LED矩阵无法正确显示实验结果
图2.6 2020051041 右侧LED矩阵没有正确输出
原因分析：再次检查本次实验页面，发现并没有问题出现，由此可得，问题可能出现在之前的实验当中，后面发现的确是第一个实验当中，存在问题，使得基于第一个实验的本次实验无法正常运行 解决方案：将第一题问题解决（问题为：接口数据不匹配），改正完之后，实验正确
2.4.2 数据结果输出太快故障现象：不需要点击时钟信号，LED矩阵自己会跳动，输出正确结果，但输出频率太快
图2.7 2020051041 调为时间连续后，矩阵变化太快
图2.8 2020051041 如何调节时间频率大小
原因分析：当时自己调节电路仿真模块为时钟连续，可能频率调节过于大，使得输出速度过快 解决方案：其实采用电路自动仿真，将时钟调为连续的话，的确会比较方便，因为这样就不需要自己点击时钟信号了，可以直接看到LED矩阵的变化，但是需要将时间频率调好
2.5 测评结果在进行改进后，系统能够正常运行，并且LED矩阵自动改变不会过于快，速度适中。
图2.9 2020051041 正常运行
图2.10 2020051041 头歌测评通过
3 海明编码电路设计 3.1设计要求要求掌握海明编码的原理与设计，了解如何其编码的原理，以及如何进行分组，还需要认识到校验位的逻辑思路，完成最终电路的设计与运行
3.2方案设计 3.2.1 设计思路首先先要了解到实验的原理，了解其是如何分组的，设计出22位的海明编码（16位原始数据+5位海明检验位+1位总的奇偶校验位），然后对题目所给出的海明码进行分组，之后对于分组完成的电路进行连接，连接完成后便可以进行运行
3.2.2 设计原理 1） 编码原理实验要求设计出22位的海明编码（16位原始数据+5位海明检验位+1位总的奇偶校验位），但其只给出了16位的原始数据，因此只需要设计出五位海明校验位的电路与总奇偶校验位的电路，便可以实现编码这个过程
2） 分组原理那么五位海明校验码是如何实现的呢，首先就要了解如何计算五位海明校验位 K+n<=2t-1，此时k=16，r=5（有五位校验位），因此总的数据位数有16+5+1=22位。设此时校验位为Pi（i=1，2，3，4，5），分别位于22位数据的第2（i-1）的位置上，故分别位于第1，2，4，8，16位上。 而对于这个校验码分完后的答案是什么呢 B1:P1,P2(3=1+2) B2:P1,P3(5=1+4) B3:P2,P3 B4:P1,P2,P4 B5:P1,P4 B6:P2,P4 B7:P1,P2,P4 B8:P3,P4 B9:P1,P3,P4 B10:P2,P3,P4 B11:P1,P2,P3,P4 B12:P1,P5 B13:P2,P5 B14:P1,P2,P5 B15:P3,P5 B16:P1,P3,P5
图3.1 2020051041 自己做的记录
图3.2 2020051041 全22位海明码
3） 校验位逻辑与电路设计图3.3 2020051041 分组后结果
3.2.3 实验图片图3.4 2020051041 实验引脚设计
图3.4 2020051041 实验画图
3.3实验步骤1）先对16位原始数据进行分组，设置五位的海明校验位和1位总的奇偶校验位，之后进行集合 2）对其进行分组集合后的P1-P5进行连接，然后再对所有的数据进行连接，获得总奇偶校验码 3）连接完成后，运行电路
3.4故障与调试 3.4.1 结果输出不正确故障现象：输出极其奇怪，就不只什么0，1；还有E这种输出
图3.5 2020051041 输出结果
原因分析：再次检查本次实验页面，发现并没有问题出现，再和老师交流之后，发现可能是输出引脚在编辑时，一不小心改装了引脚，使得结果输出变得奇怪，此错误和电路连接设计那一块没有相关问题 解决方案：全部重装一次，等于重做，之后答案输出正确
3.5 测评结果改正问题后，实验输出正确，并且能够在头歌网上正确运行
图3.5 2020051041 头歌评测结果
4 海明解码电路设计 4.1设计要求实验要求我们对22位海明编码进行解码成原来的16位，且判断是否出错，有一位错，两位错，还有无错。对于发生错误的地方，我们需要对其要进行纠正。使得最后输出结果正确
4.2方案设计 4.2.1 设计思路对于此题，我们需要先了解海明码的解码原理，例如检错码是如何设计并且进行分组的，而检错码又有什么作用，错误逻辑和纠错原理是什么，我们在了解到上面的原理之后，还需要运用上述原理，然后对于电路进行设计，使得可以完成题目要求的内容，通过头歌网的测试
4.2.2 设计原理 检错码原理与作用 检错码：一种编码。指在传输过程中发生错误后，在接收端能自动检查并发现错误的编码。 海明码的检错、纠错基本思想是将有效信息按某种规律分成若干组，每组安排一个校验位进行奇偶性测试，然后产生多位检测信息，并从中得出具体的出错位置，最后通过对错误位取反（也是原来是1就变成0，原来是0就变成1）来将其纠正。 要采用海明码纠错，需要按以下步骤来进行： 计算校验位数，确定校验码位置，确定校验码，实现校验和纠错 而对于这道题来说，我们在上一个实验，也就是编码实验中已经标注好了数据位与检错位，因此只需要分组就ok图4.1 2020051041 分组成果
错误逻辑原理与设计 根据刚检错码的设计原理，当G1G2G3G4G5=0，G6=0时，表示数据没有出错 当G5G4G3G2G1!=0，G6=1时，表示发生一位数据出错 当G5G4G3G2G1=0，G6=1,表示该奇偶校验位出错，即发生一位出错 当G5G4G3G2G1!=0，G6=0,表示发生两位数据出错 4.2.3 实验图片图4.2 2020051041 题目要求输出输入引脚
图4.3 2020051041 题目要求提示
图4.4 2020051041 电路连接
图4.5 2020051041 电路连接
4.3实验步骤1）根据上一个实验的基础，将G21G2G3G4G5G6进行分组，检查分组正确后，对其电路进行连接 2）连接完成后，进行测评，不只是分组电路需要连接，其实更为重要的是检错电路 3）检查完成后，用头歌网进行测评
4.4故障与调试 4.4.1 结果输出不正确故障现象：输出结构及其奇怪，类似于上题的错误 原因分析：再次检查本次实验页面，发现并没有问题出现，再和老师交流之后，发现可能是输出引脚在编辑时，一不小心改装了引脚，使得结果输出变得奇怪，此错误和电路连接设计那一块没有相关问题，错误原因也和上题一样 解决方案：全部重装一次，等于重做，之后答案输出正确
4.4.1 位宽不匹配故障现象： 位宽不匹配，无法正常运行
图4.5 2020051041 错误图片
原因分析：位宽可能设定错误，重新再设一遍 解决方案：将连线出数据位改完后，答案正确 4.5 测评结果 改正问题后，实验输出正确，并且能够在头歌网上正确运行
图4.6 2020051041 头歌测评结果