算术逻辑运算单元ALU剖析
32位算术逻辑运算单元
32位算术逻辑运算单元计算机的核心部件是中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU），而CPU的核心组成部分就是算术逻辑运算单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU）。
ALU是负责执行算术运算和逻辑运算的元件，它是计算机运算和逻辑判断的核心部件。
ALU是一个高度专门化的电子电路，通常由逻辑门、触发器以及多路选择器等组成。
它接收来自计算机内存或寄存器中的数据，经过一系列的运算过程后，输出结果。
ALU的主要功能包括算术运算、逻辑运算和移位运算。
算术运算包括加法、减法、乘法和除法等；逻辑运算则包括与、或、非、异或等；移位运算涉及到将二进制数的位向左或向右移动，从而改变数值。
在进行算术运算时，ALU会根据指令中的操作码识别是何种运算，并对操作数进行相应的计算。
例如，当指令中的操作码是“加法”时，ALU会将两个操作数相加，并将结果保存在目标寄存器中。
逻辑运算则是对操作数进行逻辑比较。
比如，当指令中的操作码是“与”时，ALU会对两个操作数进行与运算，将运算结果保存在目标寄存器中。
类似地，当操作码是“或”、“非”或“异或”时，ALU会执行相应的逻辑运算。
移位运算是对二进制数进行位移操作。
例如，左移运算会将一个二进制数的各个位向左移动一定的位数，右移运算则将各个位向右移动。
移位运算在计算机编程中具有重要的应用，可以进行数据的扩充、截断以及逻辑位运算等。
除了基本运算，ALU还能处理条件分支、比较和选择等操作。
这些操作大多用于控制语句和循环结构的执行，从而实现多样化的计算和判断。
ALU的位数决定了它的计算能力。
目前，常见的ALU位数有8位、16位和32位等。
32位ALU能够同时处理包含32位的二进制数的运算和逻辑操作，具有更高的精度和计算能力。
这对于需要高性能计算或大数据量处理的应用来说，非常重要。
总之，32位算术逻辑运算单元是计算机中的重要组成部分，它能够实现各种算术运算、逻辑运算和移位运算。
ALU
结论：当M=L、 Cn=1、 S3S2S1S0=1001时， ALU完成的功能是：
F=A加B
例3：当M=H、S3S2S1S0=1011时，ALU完成什么功能？ 解：
①Xi、Yi与Ai、Bi的关系如何？
P A B S A B S A B i
四位加法器 Cn 0 1 2 3 Cn+4
F0 F1 F2 F3
（2）M＝H
G13~G16输出均为1，位间不发生关系。
F0~F3为： Fi 1 Pi Gi 1 X i Y i X i Y i
X0 Y0 X1 Y1 X2 Y2 X3 X3
F0
F1
F2
F3
ALU是以Xi、Yi 为输入的异或非门。
组间：
GⅢ
C12 = G12 + P12G11 + P12P11G10 + P12P11P10G9 + P12P11P10P9CⅡ
PⅢ
所以 CⅢ = GⅢ + PⅢ CⅡ
4）第4组进位逻辑式
组内： C13 = G13 + P13CⅢ C14 = G14 + P14G13 + P14P13CⅢ C15 = G15 + P15G14 + P15P14G13 + P15P14P13CⅢ
例2：当M=L、Cn=1、S3S2S1S0=1001时，ALU完成什么功能？
解：
Pi Ai Bi S 2 Ai Bi S 3 Ai Bi
①Pi=？ Gi=？
G A B i Ai Bi S0 Bi S1
•
i
i
P ②Xi=？
i X i Yi
ALU实验报告
算术逻辑单元实验报告一、实验目的1、掌握运算器的工作原理。
2、验证运算器的功能。
二、实验原理算术逻辑单元的主要功能是对二进制数据进行定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。
算术运算包括定点加减乘除运算；逻辑运算主要有逻辑与、逻辑或、逻辑异或和逻辑非操作。
ALU通常有两个数据输入端A和B，一个数据输出端Y 以及标志位等。
三、实验要求1、实验设计目标设计一个16位算术逻辑单元，满足以下要求。
（1）16位算术逻辑单元能够进行下列运算：加法、减法、加1、减1、与、或、非和传送。
用3位运算操作码OP[2..0]进行运算，控制方式如下表所示。
(2)设立两个标志寄存器Z和C。
当复位信号reset为低电平时，将这两个标志寄存器清零。
当运算结束后，在时钟clk的上升沿改变标志寄存器Z和C的值。
运算结果改变标志寄存器C、Z的情况如下：加法、减法、加1、减1运算改变Z、C；与、或、非运算改变Z，C保不变；传送操作保持Z、C不变。
因此在运算结束Z、C需要两个D触发器保存。
(3)为了保存操作数A和B，设计两个16位寄存器A和B。
当寄存器选择信号sel=0时，如果允许写信号write=1.，则在诗中clk的上升沿将数据输入dinput送入A 寄存器；当寄存器选择信号sel=1时，如果允许写信号write=1.，则在诗中clk的上升沿将数据输入dinput送入B寄存器。
(4)算术逻辑单元用一个设计实体完成。
2.顶层设计实体的引脚要求（1）clk对应试验台上的时钟（单脉冲）。
（2）reset对应实验台上的CPU复位信号CPU-RST。
（3）数据输入dinput对应试验台开关SD15~SD0。
（4）允许写信号write对应试验台开关SA5.（5）OP[2..0]对应试验台开关SA2~SA0.（6）寄存器选择信号sel对应试验台开关SA4.（7）16为运算结果result对应实验台上的指示灯A15~A0.（8）Z、C标志位对应试验台上的Z、C指示灯。
计算机算术逻辑单元
计算机算术逻辑单元计算机算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU）是计算机的重要组成部分之一，承担着计算机内部数据运算和逻辑判断任务。
ALU是计算机中执行算术和逻辑操作的部件，其性能和设计质量直接影响到计算机运算速度和效率。
本文将介绍ALU的功能、组成和工作原理，并对其重要性进行探讨。
一、ALU的功能和组成ALU作为计算机的运算核心，主要完成算术运算和逻辑运算两类任务。
算术运算包括加法、减法、乘法、除法等，而逻辑运算则涉及与、或、非、异或等逻辑操作。
ALU由多个子模块组成，主要包括加法器、逻辑门电路、寄存器等。
其中，加法器是实现算术运算的关键部件，可实现两个二进制数相加的功能。
逻辑门电路则用于实现不同的逻辑运算，如与门、或门、非门等。
寄存器用于存储和传递数据，对于ALU而言，主要用于存储运算结果和中间数据。
二、ALU的工作原理ALU的工作原理涉及到数据的输入、运算和输出三个过程。
首先，输入数据被加载到ALU的寄存器中，然后根据指令对数据进行相应的操作。
运算结果会被保存在另一个寄存器中，并且根据需要可以输出到其他部件或者存储器中。
ALU的运算过程主要通过各个子模块之间的联动实现。
例如，在进行加法运算时，加法器会依次对输入数据的每一位进行计算，并将运算结果传递给下一位，直到所有位的运算完成。
逻辑运算也是类似的过程，逻辑门电路会对输入的不同位进行相应的逻辑操作，并输出到结果寄存器中。
三、ALU的重要性ALU作为计算机的核心部件，对计算机的运算速度和效率有着重要的影响。
一个高性能的ALU可以提升计算机的整体性能，并且能够支持更复杂的运算任务。
而低性能的ALU则会限制计算机的运算能力，导致计算任务的延迟和低效。
此外，ALU的设计也需要考虑到功耗和面积的问题。
在现代计算机中，功耗和面积是非常重要的指标，一个高效的ALU应该在保持高性能的同时，尽可能降低功耗和占用面积，以提高计算机的整体能效。
计算机组成原理中的ALU及其设计研究
计算机组成原理中的ALU及其设计研究一、前言计算机是现代信息社会中最为重要的工具之一，而计算机组成原理则是计算机科学中的基础。
ALU作为计算机组成中主要的逻辑运算器，其设计与研究对于计算机的性能与功能起着至关重要的作用。
二、ALU简介ALU全称为算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit），是计算机中执行算术、逻辑运算的核心部件之一。
在计算机中，所有的数据操作都是由ALU来完成的。
ALU的主要功能包括加减乘除、位运算、比较等逻辑运算，以及与、或、非等逻辑运算，是计算机运算速度的关键因素之一。
三、ALU的设计方法目前，ALU的设计方法主要分为两种：组合电路设计和时序电路设计。
组合电路是指由多个门电路组成的逻辑电路，其输出只与输入状态相关，没有时序要求，主要应用于ALU中的逻辑运算。
而时序电路是指带有时序要求的电路，在不同时刻采用不同的输入状态，输出也会有所不同，主要应用于ALU中的算术运算。
四、常见的ALU设计1、纯组合式ALU设计纯组合式ALU是指ALU的输出只跟输入状态相关，没有时序要求，采用多个门电路组合起来构成。
该设计简单，但是由于门电路数量较多，故其面积较大，耗能量较大。
2、微程序控制ALU设计微程序控制ALU采用微程序控制器来控制ALU的运行，该控制器相当于一个指令解码器，可以对ALU的运行顺序、输入输出等进行控制，具有极高的灵活性和扩展性。
微程序控制ALU的设计更加灵活，可以方便地修改和扩展，但是其运行速度较慢，需要较长的微指令序列。
3、准则算法ALU设计准则算法是一种运算方法，它先将数字按照某个准则进行转化，再进行运算。
准则算法ALU通过准则算法实现算术运算，可以大大降低运算次数，从而提高ALU的运行速度。
准则算法ALU的设计比较复杂，但是运行速度快，功耗低。
五、ALU的优化设计为了进一步提高ALU的性能，工程师们采用了各种方法进行优化设计。
1、增加操作数宽度增加操作数宽度可以减少运算次数，从而提高运行速度。
位可控加减法器设计32位算术逻辑运算单元
位可控加减法器设计32位算术逻辑运算单元标题：深入探讨位可控加减法器设计中的32位算术逻辑运算单元一、引言在计算机系统中，算术逻辑运算单元（ALU）是至关重要的部件，用于执行数字运算和逻辑运算。
而在ALU中，位可控加减法器设计是其中的重要部分，尤其在32位算术逻辑运算单元中更是不可或缺。
本文将深入探讨位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的重要性，结构特点以及个人观点和理解。
二、位可控加减法器设计的重要性位可控加减法器是ALU中的重要组成部分，它具有对加法和减法操作进行控制的能力，可以根据输入信号来实现不同的运算操作。
在32位算术逻辑运算单元中，位可控加减法器的设计要考虑到对每一位进行并行操作，并且要保证高速、低功耗和稳定性。
位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中具有非常重要的意义。
三、位可控加减法器设计的结构特点在32位算术逻辑运算单元中，位可控加减法器的设计需要考虑到以下几个结构特点：1. 并行运算：位可控加减法器需要能够实现对32位数据的并行运算，以提高运算速度。
2. 控制信号：设计需要合理的控制信号输入，来实现不同的运算模式和操作类型。
3. 进位传递：保证进位信号能够正确传递和计算，以确保运算的准确性。
4. 低功耗：设计需要考虑到低功耗的特点，以满足现代计算机系统对能源的需求。
四、个人观点和理解在我看来，位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中扮演着十分重要的角色。
它不仅需要具备高速、稳定和精确的运算能力，还需要考虑到功耗和控制信号的合理设计。
只有兼具这些特点，才能更好地满足现代计算机系统对于高效、可靠和低功耗的需求。
五、总结和回顾通过本文对位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的深入探讨，我们可以看到它在计算机系统中的重要性和结构特点。
而个人观点也表明了它需要具备高速、低功耗和稳定性等特点，才能更好地满足现代计算机系统的需求。
在写作过程中，我对位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的重要性和结构特点进行了深入探讨，并分享了个人观点和理解。
74181ALU算术逻辑运算单元
多功能算术/逻辑运算单元(ALU) ,什么是多功能算术/逻辑运算单元(ALU)由一位全加器(FA)构成的行波进位加法器，它可以实现补码数的加法运算和减法运算。
但是这种加法/减法器存在两个问题：一是由于串行进位，它的运算时间很长。
假如加法器由n位全加器构成，每一位的进位延迟时间为20ns，那么最坏情况下，进位信号从最低位传递到最高位而最后输出稳定，至少需要n*2 0ns，这在高速计算中显然是不利的。
二是就行波进位加法器本身来说，它只能完成加法和减法两种操作而不能完成逻辑操作。
本节我们介绍的多功能算术/逻辑运算单元(ALU)不仅具有多种算术运算和逻辑运算的功能，而且具有先行进位逻辑，从而能实现高速运算。
1.基本思想一位全加器(FA)的逻辑表达式为F i＝A i⊕B i⊕C iC i＋1＝A i B i＋B i C i＋C i A i(2.35)我们将A i和B i先组合成由控制参数S0，S1，S2，S3控制的组合函数X i和Y i，然后再将Xi，Yi和下一位进位数通过全加器进行全加。
这样，不同的控制参数可以得到不同的组合函数，因而能够实现多种算术运算和逻辑运算。
图2.10ALU的逻辑结构原理框图因此，一位算术/逻辑运算单元的逻辑表达式为F i=X i⊕Y i⊕X n+iC n+i+1=X i Y i+Y i C n+i+C n+i X i上式中进位下标用n＋i代替原来以为全加器中的i，i代表集成在一片电路上的ALU的二进制位数。
对于4位一片的ALU，i＝0，1，2，3。
n代表若干片ALU组成更大字长的运算器时每片电路的进位输入，例如当4片组成16位字长的运算器时，n＝0，4，8，12。
2.逻辑表达式控制参数S0，S1，S2，S3分别控制输入A i 和B i ，产生Y和X的函数。
其中Y i是受S0，S1控制的A i和B i的组合函数，而X i是受S2，S3控制的A i和B i组合函数，其函数关系如表2.4所示。
ALU(算术逻辑运算单元)的设计
EDA技术与应用实验报告(四)实验名称：ALU（算术逻辑运算单元）的设计姓名：陈丹学号：100401202班级：电信（2）班时间：2012.12.11南京理工大学紫金学院电光系一、实验目的1、学习包集和元件例化语句的使用。
2、学习ALU电路的设计。
二、实验原理1、ALU原理ALU的电路原理图如图1 所示，主要由算术运算单元、逻辑单元、选择单元构成。
图1ALU功能表如表1 所示。
表12、元件、包集在结构体的层次化设计中,采用结构描述方法就是通过调用库中的元件或者已经设计好的模块来完成相应的设计。
在这种结构体中，功能描述就像网表一样来表示模块和模块之间的互联。
如ALU 是由算术单元、逻辑单元、多路复用器互相连接而构成。
而以上三个模块是由相应的VHDL 代码产生的，在VHDL 输入方式下，如果要将三个模块连接起来，就要用到元件例化语句。
元件例化语句分为元件声明和元件例化。
1、元件声明在VHDL 代码中要引入设计好的模块，首先要在结构体的说明部分对要引入的模块进行说明。
然后使用元件例化语句引入模块。
元件声明语句格式：component 引入的元件（或模块）名port(端口说明);end component;注意：元件说明语句要放在“architecture”和“begin”之间。
2、元件例化语句为将引入的元件正确地嵌入到高一层的结构体描述中，就必须将被引用的元件端口信号与结构体相应端口信号正确地连接起来，元件例化语句可以实现该功能。
元件例化语句格式：标号名：元件名（模块名）port map（端口映射）；标号名是元件例化语句的唯一标识，且结构体中的标识必须是唯一的；端口映射分为：位置映射、名称映射。
位置映射指port map 中实际信号的书写顺序与component 中端口说明中的信号书写顺序一致，位置映射对书写顺序要求很严格，不能颠倒；名称映射指port map 中将引用的元件的端口信号名称赋予结构体中要使用元件的各个信号，名称映射的书写顺序要求不严格，顺序可以颠倒。
alu算术逻辑运算
alu算术逻辑运算ALU是指算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit），是计算机中的一个重要组件，用于进行算术运算和逻辑运算。
它是计算机中的“大脑”，负责处理数据和执行指令。
本文将从ALU的功能、原理、应用以及未来发展等方面进行探讨。
一、ALU的功能ALU是计算机中进行算术运算和逻辑运算的核心部件，具有以下主要功能：1. 算术运算：包括加法、减法、乘法、除法等基本算术运算，以及移位运算、递增递减等扩展算术运算。
2. 逻辑运算：包括与、或、非、异或等逻辑运算，用于处理数据的真假关系和逻辑判断。
3. 数据传输：将数据从一个寄存器传送到另一个寄存器，用于数据的存储和传递。
二、ALU的原理ALU通过组合逻辑电路实现各种算术逻辑运算。
它由多个子模块组成，如加法器、减法器、移位器、逻辑门等。
其中，加法器是最基本的子模块之一，采用二进制补码表示方式进行运算。
而逻辑门则通过布尔逻辑运算来实现逻辑运算。
ALU的输入包括运算数和控制信号，输出为运算结果和标志位，用于表示运算的状态。
三、ALU的应用ALU广泛应用于计算机的各个领域，如中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、数字信号处理器（DSP）等。
在CPU中，ALU是执行指令的关键部件，负责处理算术运算和逻辑运算。
在GPU中，ALU用于并行计算和图形处理，提高图形渲染的速度和效果。
在DSP中，ALU用于音频、视频等数字信号的处理和编解码。
四、ALU的未来发展随着计算机技术的不断发展，ALU也在不断演化和进步。
未来的ALU 可能具有更高的运算速度、更低的功耗和更强的并行计算能力。
同时，随着人工智能、大数据等技术的兴起，ALU也将面临更多的挑战和应用场景。
例如，深度学习中需要进行大量的矩阵运算和向量运算，未来的ALU可能会针对这些应用进行优化和改进。
ALU作为计算机中的核心部件，承担着算术运算和逻辑运算的重要任务。
它通过组合逻辑电路实现各种运算，广泛应用于计算机的各个领域。
ALU实验报告
ALU实验报告算术逻辑部件ALU实验报告⼀、实验⽬的（1）熟悉硬件描述语⾔及开发环境，了解硬件系统开发的基本过程。
（2）掌握 ALU基本设计⽅法和简单运算器的数据传送通路。
（3）验证 ALU的功能。
⼆、实验环境（ 1）硬件环境：安装有 Windows7 或以上操作系统的PC，THINPAD教学计算机。
（ 2）软件开发： FPGA开发⼯具软件 Xilinx ISE 12.3或以上。
三、实验内容（1）根据实验原理中的要求，⽤ VHDL语⾔实现⼀个简单的 ALU。
（2）在教学计算机 THINPAD上验证实现的 ALU的功能。
四、实验原理算术逻辑部件 ALU的主要功能是对⼆进制数据进⾏定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作等。
算术运算包括定点加减乘除运算，逻辑运算主要⽤逻辑与、逻辑或、逻辑异或和逻辑⾮等操作。
ALU通常有两个数据输⼊端A 和B 输出操作数，⼀个数据输出端Y 以及标志位输出结果，通过输⼊操作码op 来确定所要进⾏的操作，本实验通过实现⼀个状态机，根据状态机状态的变化来输⼈操作数及操作码，并最终实现不同的运算，将结果和标志位呈现出来。
本实验中的 ALU要求实现基本的算术运算、逻辑运算、移位运算等，具体功能如下：操作码功能描述ADD A+B加法SUB A-B减法AND A and B与OR A or B或XOR A xor B异或NOT not A取⾮SLL A sll B逻辑左移 B 位SRL A srl B逻辑右移 B 位SRA A sra B算术右移 B 位ROL A rol B循环左移 B 位ALU的输⼊数据为 16 位，操作码 op 为 4 位，算术运算时数据⽤补码表⽰。
五、实验步骤本实验通过 VHDL语⾔实现⼀个⽐较简单的ALU模块。
（1）⽤ VHDL语⾔编写 ALU 功能代码，并⽤状态机对其进⾏控制，使其完成实验要求的操作。
操作码和操作数的输⼊⽤微型开关 SW0~SW15,计算结果的输出⽤数字机上的 LED灯来展⽰。
alu单元结构-概述说明以及解释
alu单元结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:ALU（算术逻辑单元）是计算机中的一个重要组成部分，负责执行大多数的算术和逻辑运算。
它是计算机中的“心脏”，承担着处理数据的重要任务。
ALU单元结构的设计和功能直接影响着计算机整体的性能和效率。
本文将主要介绍ALU单元的结构、功能及其在计算机中的应用。
通过深入了解ALU单元，读者可以更好地理解计算机的运作原理以及数据处理过程。
同时，也将探讨ALU单元在未来的发展趋势，展望其在计算机领域中的重要作用和发展前景。
1.2 文章结构文章结构部分是为了帮助读者更好地了解整篇文章的组织和内容安排。
本文的结构包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分将介绍文章的背景和主题，包括概述、文章结构和目的。
在正文部分，将详细介绍ALU单元的结构、功能和应用。
结论部分将总结ALU单元的重要性，展望其未来发展，并给出最终的结论。
通过这样清晰的文章结构，读者可以更好地理解文章的内容和逻辑脉络，从而更加深入地了解ALU单元的重要性和应用价值。
1.3 目的本文的主要目的是探讨ALU单元结构在现代计算机系统中的重要性和应用。
通过深入分析ALU单元的介绍、功能和应用，我们将帮助读者更好地理解ALU单元在计算机系统中的作用和意义。
我们希望通过本文的研究，读者可以对ALU单元有一个更全面的认识，为他们在学习和应用计算机技术时提供有益的参考和指导。
同时，我们也希望可以展望ALU 单元未来的发展方向，为计算机科技的进步做出贡献。
2.正文2.1 ALU单元介绍ALU（算术逻辑单元）是中央处理器（CPU）中的一个重要部分，它负责执行各种算术和逻辑运算。
ALU包含一组逻辑门和寄存器，用于执行加法、减法、逻辑运算等操作。
其结构通常包括输入端口、输出端口和控制信号线。
ALU单元通常由几个主要部分组成，包括运算器、寄存器和控制单元。
运算器负责执行算术运算，寄存器用于存储操作数和结果，控制单元负责控制各个部分的操作顺序和条件。
湘潭大学计算机原理 实验一 算术逻辑单元ALU实验报告
计算机原理与设计实验报告实验一算术逻辑单元ALU姓名： XXX学号： 2013551728班级： 13级软件工程2班实验日期： 2014年 10 月22 日一．实验目的1．理解算术逻辑单元ALU的工作原理。
2．掌握算术逻辑单元ALU的设计方法。
3．验证32位算术逻辑单元ALU的加、减、与、移位功能。
4．按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。
二．实验内容算术逻辑单元ALU的设计如图1-1所示。
其中运算器addsub32能实现32位的加减运算。
参加运算的两个32位数据分别为A[31..0]和B[31..0]，运算模式由aluc[3..0]的16种组合决定，而aluc[3..0]的值由4位2进制计数器LPM_COUNTER产生，计数时钟是Sclk（图1-1）；r[31..0]为输出结果，Z为运算后的零标志位。
ALU功能如表1-1所示。
表1-1 ALU的运算功能注1、* 表示每一位都移至下一更高有效位, “+”是逻辑或，“加”是算术加三．实验步骤（1）设计ALU元件ALU元件设计代码：module alu (a,b,aluc,r,z);input [31:0] a,b;input [3:0] aluc;output [31:0] r;output z;assign r = cal(a,b,aluc);assign z = ~|r;function [31:0] cal;input [31:0] a,b;input [3:0] aluc;casex (aluc)4'bx000: cal=a+b;4'bx100: cal=a-b;4'bx001: cal=a&b;4'bx101: cal=a|b;4'bx010: cal=a^b;4'bx110: cal={b[15:0],16'h0};4'bx011: cal=b<<a[4:0];4'b0111: cal=b>>a[4:0];4'b1111: cal=$signed(b)>>>a[4:0];endcaseendfunctionendmodule（2）以原理图方式建立顶层文件工程原理图如下：（3）查看波形图波形图如下：（4）分配引脚结构图如下：引脚分配表如下：四．实验任务（1）按图1-1所示，在本验证性示例中用数据选择开关（键3控制）的高/低电平选择总线通道上的8位数据进入对应的数据锁存器lpm_latch中；即首先将键3输入高电平，用键2、键1分别向DA[7..0] 置数01010101（55H），这时在数码管4/3上显示输入的数据（55H）；然后用键3输入低电平，再用键2、键1分别向DB[7..0]置数10101010（AAH），这时在数码管2/1上显示输入的数据（AAH）；这时表示在图1-1中的两个锁存器中分别被锁入了加数55H和被加数AAH。
实验二-算术逻辑单元实验
实验二算术逻辑单元（ALU）的设计与实现实验目的1．认识算术逻辑单元的功能及意义2．掌握算术逻辑单元的结构与实现3．进一步熟练Modelsim、Vivado软件和Verilog硬件描述语言的使用4．理解Digilent N4 DDR FPGA开发板上数码管显示原理实验原理1.ALU算术逻辑单元（Arithmetic/Logic Unit , ALU）是现代计算机的核心部件之一。
其内部由算术和逻辑操作部件组合而成，可以实现整数加、减等算术运算和与、或等逻辑运算。
一个典型的算术逻辑单元由两路N位输入、一路N位输出、一组功能选择信号和一些标志位（flag）组成。
两路N位输入数据作为参与运算的两个操作数，输入到ALU中，通过改变功能选择信号，控制ALU对两操作数进行不同的算术或逻辑运算操作，并将N位的结果输出，与结果一同输出的还有运算产生的标志位，例如运算结果为零的标记信号Z（zero）与运算结果溢出的标记信号O（over）、进位标志C（CY）、符号位S（SF）等，如图2-1所示。
图2- 1ALU模块示意图在本次实验中，我们把输入和输出的数据长度定为4位，数据输入命名为A、B，数据输出为F，功能控制信号输入为opcode，进位输入为C n，只产生结果为零的zero标志位。
功能控制信号opcode的定义如表2-1所示。
例如：opcode=0001，运算器实现加法运算。
2.数码管显示关于N4 DDR开发板上数码管的显示原理，参见前面的实验准备部分内容。
实验内容1.基础实验。
用实验调试软件验证ALU的功能，并操作分析、记录结果。
图2- 2 ALU虚拟实验示意图（1）运算功能和控制信号①输入输出对于的开关指示灯分配如下：输入信号A:SW(4-7) B:SW(3-0) Cn:SW8 opcode:SW(12-9)输出信号F：LD(12-15) 标志位S :LD(3) Z LD(2) O: LD(1) C: LD(0)②各种运算对应的控制信号及功能，如下表。
实验2运算器ALU实验
实验2 运算器ALU实验运算器ALU是CPU的主要部件，数据处理的中心。
ALU可以实现算术加减运算和逻辑“与”、“或”、“非”运算，本实验设计8位ALU，为完成8为ALU，我们从1位全加器设计开始，经1位加法器，4位加法器，4位加减法器，到4位算术逻辑运算器ALU；再由4位ALU到8位ALU。
2.1 1位加法器设计1位加法器是构成多位加法器的基础，通过1位加法器可以组成4位加法器，4位减法器。
因此，本实验首先从1位全加器开始。
2.1.1 实验题目1位全加器。
2.1.2 实验内容设计1位全加器，并通过输入波形图验证。
2.1.3 实验目的与要求通过本实验使学生进一步掌握电子电路的设计方法，熟悉CAD软件QuartusII的使用，掌握使用QuartusII仿真来验证电路设计正确性的方法。
2.1.4 实验步骤设置本实验的项目所在路径，命名项目的名称为1ALU，顶层文件的名称也自动命名为1ALU。
如在文件夹C:\eda\ALU下新建工程1ALU，如图2-1 新建工程1ALU所示。
图2-1 新建工程1ALU直接点击next，直到器件选择对话框，如图2-2所示。
这里根据最终使用的FPGA器件选择一种器件，如Cyclone下的EP1C3T144C8，如果不下载到FPGA上进行实验，选择哪一种器件都无所谓。
图2-2 实现器件选择指定设计、仿真和时序验证工具，如图2-3所示，点击next，完成工程建立。
图2-3 工具选择设计1位全加器FA1位全加器是指可以实现两个1位二进制数和低位进位的加法运算逻辑电路（半加器不包括低位进位C i-1）。
它依据的逻辑表达式是：进位C i=A i B i+A i C i-1+B i C i-1，和S i=A i⊕B i⊕C i-1（本算式推导过程可以在教材中找到）。
其中A i和B i是两个1位二进制数，C i代表向高位的进位，C i-1代表低位来的进位，S i代表本位和。
依据上述逻辑表达式，设计实现1位全加的电路图。
biu、alu和eu的概念和功能过程
biu、alu和eu的概念和功能过程
BIU、ALU和EU是计算机中的三个重要组成部分，分别代表总线接口单元（Bus Interface Unit）、算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit）和执行单元（Execution Unit）。
1. BIU（总线接口单元）：BIU是计算机中的一个重要部件，它负责与计算机的外部设备进行数据和指令的交换。
它的主要功能是管理和控制计算机与外部设备之间的数据传输。
BIU负责将指令和数据从内存中读取到CPU中，并将CPU处理完成的结果写回内存。
此外，BIU还负责处理中断请求、异常处理和内存管理等任务。
2. ALU（算术逻辑单元）：ALU是计算机中的一个重要部件，它负责执行各种算术和逻辑运算。
ALU可以对数据进行加减乘除等算术运算，同时还可以进行与、或、非等逻辑运算。
ALU的功能由一组逻辑门和寄存器组成，通过控制信号来选择不同的运算操作。
3. EU（执行单元）：EU是计算机中的一个重要部件，它负责执行指令的操作。
EU由BIU和ALU组成，它从BIU中获取指令和数据，并将其送入ALU进行处理。
EU根据指令的要求，控制ALU进行相应的运算操作，并将结果返回到指定的寄存器或内存位置。
EU还负责控制程序的执行顺序，包括分支、跳转和循环等操作。
整个过程可以简单描述为：BIU从内存中读取指令和数据，将其送入EU中进行处理。
EU根据指令的要求，控制ALU进行相应的算术和逻辑运算，并将结果返回到指定的位置。
同时，EU还负责控制程序的执行顺序，包括分支、跳转和循环等操作。
这样，计算机就可以完成各种复杂的计算任务。
计算机的运算方式有哪些解析算术逻辑单元(ALU)的功能
计算机的运算方式有哪些解析算术逻辑单元（ALU）的功能计算机是一种能够进行高速数据处理和运算的电子设备，而计算机的运算方式是通过算术逻辑单元（ALU）来实现的。
ALU是计算机的核心部件之一，负责进行各种运算操作。
本文将介绍计算机的运算方式以及ALU的功能。
一、计算机的运算方式1. 算术运算算术运算是计算机进行数值计算的基本方式，包括加法、减法、乘法、除法等运算。
计算机通过ALU执行这些运算，将操作数送入ALU，经过运算之后，得到结果并存储到相应的存储器中。
2. 逻辑运算逻辑运算是计算机进行判断和推理的基本方式，常见的逻辑运算有与、或、非、异或等操作。
计算机通过ALU执行这些运算，根据不同的逻辑条件，返回相应的逻辑值，用于控制计算机的运行逻辑。
3. 移位运算移位运算是计算机进行位操作的一种方式，包括逻辑左移、逻辑右移、算术左移、算术右移等操作。
计算机通过ALU执行这些运算，将操作数按指定的位数进行移动，从而实现对二进制数的位操作。
二、ALU的功能1. 算术运算功能ALU的算术运算功能包括加法、减法、乘法和除法等操作。
当计算机需要进行数值计算时，ALU会执行相应的算术运算操作，并将结果返回给计算机的其他部件。
通过ALU的算术运算功能，计算机能够实现各种复杂的数值计算任务。
2. 逻辑运算功能ALU的逻辑运算功能包括与、或、非、异或等逻辑操作。
当计算机需要进行逻辑判断和推理时，ALU会执行相应的逻辑运算操作，并返回逻辑运算的结果。
通过ALU的逻辑运算功能，计算机能够进行复杂的逻辑运算，实现不同的判断和控制逻辑。
3. 移位运算功能ALU的移位运算功能包括逻辑左移、逻辑右移、算术左移、算术右移等操作。
当计算机需要对二进制数进行位操作时，ALU会执行相应的移位运算操作，并将移位后的结果返回给计算机的其他部件。
通过ALU的移位运算功能，计算机能够实现对二进制数的位操作，进行位的插入、删除和移动等操作。
在实际的计算机中，ALU通常由一组逻辑门和寄存器组成，通过控制信号和电路设计，实现各种运算操作。
3.1算术逻辑运算部件ALU
恢复余数法：
将被除数或余数减去除数，若所得余数符
号位为0（即正）表明够减，上商1；若余 数符号位为1（即负）表明不够减，上商0 加上除数（即恢复余数法）
即：先做减法，若余数为正，上商1；若
余数为负，上商0，必须恢复原来的余数 （加上除数）。
不恢复余数法（加减交替法）：
此法的特点是在运算过程中如出现不够
减，则不必恢复余数，可根据符号，继 续向下运算。这样运算时步数固定，控 制简单。 规则： 当余数为正时，商为1，余数左移一位， 减除数； 当余数为负时，商为0，余数左移一位， 加除数
无符号整数不恢复余数除法流程图： 见教材P75页，图3-11 运算初始时，除数— B，被除数—A和C
（1）对阶操作。（重点是对阶的规则P65） （2）实现尾数的加（减）运算 （3）结果规格化和判断溢出 左规 右规 （4）余入操作
§ 3.2.4 十进制加减运算
1. 进制转换 2. 直接进行十进制运算：
采用BCD码表示，运算由BCD码运算
指令完成。 两种方法：见教材P71页。 3. BCD码的加法运算 “加六校正”
2.补码加减运算：
符号位作为数的一 部分直接参与运算。
（1）补码加法运算： [X]补+[Y]补=[X+Y]补 两个相加的数无论正负，只要是以补码的 形式表示的，则可按二进制规则相加。 （2）补码的减法运算： [X-Y]补=[X+（-Y）]补=[X]补+[-Y]补
为[Y]补的机器负数
由[Y]补求[-Y]补（机器负数）的方法 定点小数：
（3）串行进位的延迟时间较长。 （4）串行进位的逻辑表达式：见教材 P61。
3. 并行进位（先行进位，同时进位）
alu序列名词解释
alu序列名词解释ALU序列名词解释：ALU序列，又称为算术逻辑单元序列（Arithmetic Logic Unit），是计算机中一种重要的数字电路组件，用于执行各种算术和逻辑运算。
ALU序列主要由逻辑门电路组成，包含多个输入端和一个输出端。
其输入端可以接收来自CPU（中央处理器）或者其他部件的数据和控制信号。
ALU序列通过各种逻辑门的操作，对输入数据进行加法、减法、乘法、逻辑与、逻辑或等运算，然后将结果输出到指定的位置。
ALU序列可以完成多种运算任务，其中包括：1. 加法运算：ALU序列可以对两个二进制数进行相加操作。
通过引入进位（carry）和借位（borrow）信号，ALU序列能够实现多位数的加法。
2. 减法运算：ALU序列可以对两个二进制数进行相减操作。
通过引入进位（carry）和借位（borrow）信号，ALU序列能够实现多位数的减法。
3. 乘法运算：ALU序列可以对两个二进制数进行相乘操作。
乘法运算通常需要使用多级逻辑门电路，通过连续的加法和移位操作，实现多位数的乘法。
4. 逻辑运算：ALU序列可以执行逻辑与、逻辑或、逻辑非等逻辑运算操作。
逻辑运算主要用于判断条件和控制流程。
除了完成上述运算任务，ALU序列还可以实现高级功能，比如比较大小、位移、位反转、逻辑移位等。
ALU序列通常与寄存器和控制单元等其他部件配合使用，共同完成计算机中的各种计算和逻辑操作。
总结来说，ALU序列是计算机中执行算术和逻辑运算的核心组件，它能够对输入的数据进行多种运算，并将结果输出。
它在现代计算机系统中发挥着重要的作用，是实现各种计算和逻辑操作的基础。
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燕山大学
EDA课程设计报告书题目：算术逻辑逻辑单元ALU
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一、设计题目及要求
题目名称：算术运算单元ALU
要求：
1．进行两个四位二进制数的运算；
2．算术运算：A+B, A-B, A×B；
3．逻辑运算：A and B, A or B, A not, A xor B；
4. 用数码管显示算术运算结果，以LED指示灯显示逻辑运算结果。
二、设计过程及内容
1.整体设计思路
(1）根据设计要求将题目划分为五个模块。
包括两个逻辑运算模块，两个算术运算模块，和一个控制模块。
其中逻辑运算模块为A and B和A or B，A not和A xor B；算术模块为A±B，A×B。
（2）因为需要进行四位二进制数的运算，因此用A3,A2,A1,A0表示四位二进制数A，用B3,B2,B1,B0表示四位二进制数B，用C4,C3,C2,C1表示四位二进制数C。
其中A，B为输入，C为输出。
2．分模块设计
（1）A+B和A-B模块（李佳乐负责）
A+B可以直接通过74283 两个四位二进制数加法器实现。
A-B可以看作A+（-B），即A加B的补码来实现。
同时再设计一个转换控制端M。
M=0时实现A+B，M=1时实现A-B。
最后再设计一个总的控制端K1，K1=1时模块正常工作，K1=0时不工作。
做加法时，C0为进位输出，C0输出1表示有进位，做减法时，C0为借位输出，C0输出1表示有借位。
通过74283五位输出，进入译码器将五位变成八位输出，在通过数码管显示。
A+B，A-B总原理图如下：
A+B，A-B分原理图如下：
译码器原理图如下：
扫描电路原理图如下：
A+B仿真图：15+15=30
A-B仿真图：14-6=8
（2）AXB模块（宋任强负责）
乘法模块计算部分由四个74285实现，计算结果经译码器编译为10位BCD码，经扫描器输入到数码管，K2控制是否进行乘法运算。
AXB总原理图：
A×B运算部分
译码器
扫描器
AXB仿真图：5x5=25
（3）A and B和A or B模块（刘宏炜负责）
A and B模块通过四个二输入与门实现，A or B通过四个二输入或门实现。
同时设计一个转换控制端M，当M＝1时，A and B模块工作，M＝0时，A or B模块工作。
最后设计一个总的控制端K3，K3＝1时模块正常工作，K3＝0时模块不工作。
最后，在C1,C2,C3,C4 四个输出端接LED指示灯，当输出1时，指示灯亮，输出0时，灯不亮。
A and B,A or B的原理图如下：
A and B仿真图：
A or B仿真图：
（4）A not和A xor B模块(刘宏炜负责)
A not直接通过四个非门实现， A xor B直接通过四个异或门实现。
同时设计一个转换控制端M，当M＝1时，A非工作；当M＝0时，A异或B工作。
另外再设计一个总的控制端K4。
当K4＝1时，模块正常工作；当K4＝0时，模块不工作。
最后，在C1,C2,C3,C4 四个输出端接LED指示灯，当输出1时，指示灯亮，输出0时，灯不亮。
A not,A xor B原理图如下：
A not仿真图：
A xor B仿真图：
（5）控制模块（刘宏炜负责）
控制模块可以通过一个二线四线译码器来实现，依次控制上述总的控制端K1，K2，K3，K4。
从而可以分别实现各个模块的功能。
输入端输出端
S1 S0 K1 K2 K3 K4
0 0 1 0 0 0
0 1 0 1 0 0
1 0 0 0 1 0
1 1 0 0 0 1
控制模块原理图如下：
控制模块仿真图：
三、设计结论
出现的问题：
在实现如何让四位二进制数相乘的结果，在数码管显示时，我们遇到麻烦，通过在网上查阅资料，以及小组成员讨论，最终我们采用4片74185串联进行转换，将由乘法运算结果的八位输出转化为十位BCD码输出，
再经过扫描电路，最终实现数码管的显示。
设计感想：
这次为期两周的EDA课程设计，让我们进一步了解了一些芯片的功能，学习了MAX+PLUSII和EDA试验箱的基本用法的，了解到如何将软件里设计好的文件，是用下载应用到硬盘中，进而实现它的实际作用。
认识到只要用心，一些问题就都不是问题。
还让我们学会了分工合作，了解到团队的重要性。
意见和建议：试验箱插线时线路容易松动。