多功能算术逻辑单元(ALU)设计

多功能算术逻辑单元(ALU)设计

安徽理工大学

计算机组成原理课程设计说明书

题目: 多功能算术逻辑单元设计

院系：计算机科学与工程学院专业班级：信息08-1班学号：20XX303007 学生姓名：指导教师：

20XX年 12 月 8 日

安徽理工大学课程设计任务书

计算机科学与工程学院计算机硬件教研室

学号 20XX303007 学生姓名专业信08-1 设计题目多功能运算逻辑单元设计设计技术参数系统平台：Windows xp 开发工具： QuartusII 设计要求工作量 1）实现5条及以上的指令系统的硬连线的控制器的设计； 2）需要增加的指令自己加入，完成设计、测试过程，并给出测试结果。课程设计报告要求不少于3000字。源程序要求不少于300行 11月16日- 11月22日查找相关资料 11月23日- 11月29日构建框架 11月30日-12月6日设计算法 12月6日-12月12日检查改错 12月12日-12月16日撰写课程设计报告工作计划参考资料 [1] 白中英.计算机组成原理.科学出版社.20XX [2] 姜

咏江.基于QuartusII的计算机核心设计.清华大学出版社.20XX [3] 林涛.数字电子技术基础.清华大学出版社.20XX 指导教师签字教研室主任签字

20XX 年 12月8日

安徽理工大学课程设计成绩评定表

学生姓名：学号：20XX303007 专业班级：信08-1 课程设计题目：多功能算术逻辑单元设计指导教师评语：成绩：指导教师：

年月日

目录

1、简要介绍 ................................................ ............. 1 2、详细设计 ................................................ ............. 1 使用QuartusII 设计逻辑电路................... 1 3、总结 ................................................ .. (7)

图1

c.验证4位ALU是否正确，先进行编译，编译成功后进行仿真验证。可在主菜单中选择processing，然后选择Simulator Tool，单击OPEN按钮建立仿真文件。在仿真波

形文件的name窗口中，选择所需变量，形成仿真波形文件。仿真验证时，可使用赋值按钮给变量赋值“1”或者“0”。例如，做算术运算A加B如图2所示，做逻辑运算AB(1010与1000)如图3。

2

图2

图3

d.封装4位ALU。选择FILE菜单中的Create/Updata的选项Create

Symbol Files for Current File,将ALU封装成一个器件，并且复制4个，如图4。

3

图4

(3)设计16位CLA逻辑电路

设计16位CLA的方法和4位ALU的方法相同，其逻辑电路图如图5。

图5

将其封装后得到一个CLA器件，如图6。

图6

4

(4)设计多功能逻辑算术运算器。

a.将4个4位的ALU器件和1个16位的CLA器件组合

成一个运算器逻

辑电路，如图7。

图7

5

b.经过编译，进行仿真验证，步骤同前面的4位ALU仿真验证相同，并

生成代码。下面举几个例子。

例1：做一个“与”运算，即AB。输入A=0110101110010101。

B=1001001001000000，M=1，S=1101，得出的结果为0000000001000000。如图8。

例2：做一个显示取数A的运算，即将A作为结果显示出来，A,B,M均与上题相同,S=1111，得出的结果为0110101110010101。如图9。。

图8

6

图9

3、总结

一开始的时候，于刚接触QuartusII，比较陌生，在软件应用上出现很多问题，比如说如何封装元件、如何编译、如何测试、如何仿真验证，为了解决这些难题，我上网查了资料，也请教了同学老师。该设计的雏形是4位逻辑运算电路，所以要实现16位就必须配套74182先行进位部件CLA，

从而构成一个全字长的ALU。过程中难度较大的地方在于我对ALU函数设计框架的构建以及对设计图的分析都比较模糊，但经过了几次反复检查和修改后，才把问题解决。最终在老师的指导与大家的共同努力下，设计完成得比较成功。一般一位全加器(FA)构成的行波进位加法器,它虽然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：一是于串行进位,它的运算时间很长,二是就行波进

7

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。而本设计不仅具有多种算术运算和逻辑运算的功能，而且具有先行近卫逻辑，从而能实现高速运算，这是行波进位加法器所不能比拟的。通过这次设计，我掌握了多功能算术逻辑单元的设计方法，也更进一步的了解了多功能算术逻辑单元的工作原理，了解了多功能算术逻辑单元的基本构造，同时我也对计算机组成原理这门课程有了更深刻的认识，这对我的计算机的学习有很大的帮助，为后续的学习打下来了坚实的基础。

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题目: 多功能算术逻辑单元设计

院系：计算机科学与工程学院专业班级：信

息08-1班学号：20XX303007 学生姓名：指导教师：

20XX年 12 月 8 日

安徽理工大学课程设计任务书

计算机科学与工程学院计算机硬件教研室

学号 20XX303007 学生姓名专业信08-1 设计题目多功能运算逻辑单元设计设计技术参数系统平台：Windows xp 开发工具： QuartusII 设计要求工作量 1）实现5条及以上的指令系统的硬连线的控制器的设计； 2）需要增加的指令自己加入，完成设计、测试过程，并给出测试结果。课程设计报告要求不少于3000字。源程序要求不少于300行 11月16日- 11月22日查找相关资料 11月23日- 11月29日构建框架 11月30日-12月6日设计算法 12月6日-12月12日检查改错 12月12日-12月16日撰写课程设计报告工作计划参考资料 [1] 白中英.计算机组成原理.科学出版社.20XX [2] 姜咏江.基于QuartusII的计算机核心设计.清华大学出版社.20XX [3] 林涛.数字电子技术基础.清华大学出版社.20XX 指导教师签字教研室主任签字

20XX 年 12月8日

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学生姓名：学号：20XX303007 专业班级：信08-1