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<

4'b0111: cal=b>>a[4:0];

4'b1111: cal=$signed(b)>>>a[4:0];

endcase

endfunction

endmodule

（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。可双击图1-1的ALU元件，了解其Verilog HDL描述。

（2）键6控制时钟SCLK，可设置表1-1的aluc[3..0]=0 ~ F。现连续按动键6，设置操作方式选择aluc[3..0]=0000（加法操作），使数码管8显示0，以验证ALU的算术运算功能：当键7设置clr=0时，数码管6/5=FF（55H+AAH=FFH）；

当键7设置cn=1（复位）时，数码管7/6/5=100（Z=1）；

键KEY6控制时钟SCLK，设置aluc[3..0]=0~F，KEY7设置clr=0或clr=1，验证ALU 的逻辑运算功能，并记录实验数据。

表1-2 DA[7..0]，DB[7..0]设置值检查

表1-3给定了寄存器DRl=DA[7..0]和DR2=DB[7..0]的数据(十六进制)，要求根据此数据对照逻辑功能表所得的理论值(要求课前完成)与实验结果值进行比较(均采用正逻辑0)。

表1-3

四．实验心得

这次实验总体难度并不大，较难的地方是由于第一次接触Quartus这个软件，所以刚开始在应用上出现了很多问题，比如不知道该如何封装元件、如何测试波形、如何设置引脚等等。为了解决这样的问题我上网搜索了很多资料，也请教了老师和同学，最终学会了这些，让我受益很大。