实验指导：运算器与存储器RAM设计与ALU验证

实验1：运算器与存储器实验 本实验旨在通过实际操作，让学生深入了解计算机硬件的核心组成部分——运算器和随机存取存储器（RAM）的工作原理，同时提升他们的Verilog编程技能。实验要求使用Xilinx公司的Vivado开发工具，该工具对于实验的顺利进行至关重要。 首先，实验者需要具备一定的基础条件，包括安装并熟悉Vivado环境，至少2018.1版本的Vivado开发套件，以及Nexys4DDR实验开发板。对Vivado的掌握程度直接影响到实验的进行，包括能够进行设计、仿真和综合。同时，对Nexys4DDR开发板的操作也要熟练，因为它是硬件实验的平台。 实验的核心目标是实现一个N位输入和输出的算术逻辑单元（ALU），它能根据控制信号执行加、减、与、或、非和SLT（小于）等五种运算。学生需要使用Verilog语言设计ALU模块，明确输入和输出端口，例如将32位的数num2设为固定值32'h01，同时利用sw0~sw7和sw15~sw14作为输入，分别控制扩展输入和运算类型。 此外，实验还涉及到RAM的实例化，这要求学生掌握如何调用Xilinx库中的BlockMemoryGenerator IP来创建RAM模块。在这个过程中，他们将学习如何通过编程方式实现数据的读写操作，以及如何将ALU的结果保存到RAM中。 在实验的实施过程中，通过板载七段数码管显示ALU的运算结果，验证各项运算功能是否正确。实验中提供的表1.1列出了具体的指令码及其对应的功能，这要求学生根据指令码进行相应的硬件设计和逻辑实现。 这个实验不仅涵盖了硬件设计的理论知识，还强调了实践操作和编程技巧的应用。通过完成ALU设计和RAM实例化，参与者将加深对计算机硬件内部结构的理解，增强实际操作能力和编程水平。