《计算机组成原理》实验三：多功能ALU设计详解与代码实现

本实验是《计算机组成原理课程设计》中的一个项目，旨在让学生深入理解并实践多功能算术逻辑单元（ALU）的设计。实验的名称为“多功能ALU设计实验”，由任课教师曾虹和指导教师曾虹指导，针对的是46号机位的学生，位于1教进行。实验的核心任务是设计并实现一个能够执行多种算术和逻辑操作的ALU，通过Verilog HDL语言编写程序。 实验内容主要包括以下几个部分： 1. **实验程序源代码**：源代码使用了Verilog语言编写，模块名为ALU，输入包括操作码（ALU_OP）、AB选择信号（AB_SW）和功能LED控制信号（F_LED_SW）。输出包括溢出标志（OF）、零标志（ZF），以及7位LED显示结果。参数SIZE被设定为32位，表示ALU可以处理32位数据。源代码展示了ALU的内部结构，包括使用case语句来根据输入选择不同的操作：如逻辑与（&）、或（|）、异或(^)、非（~）、加法（+/-）、比较（A<B）以及移位（<<）等。另外，还包括了ZF和OF的计算逻辑，以及LED的驱动逻辑，根据不同F_LED_SW的值显示不同位的F寄存器内容或Z/F标志。 2. **仿真波形**：实验还涉及到使用仿真工具对设计的ALU进行行为级模拟，以便验证功能的正确性。通过观察仿真波形，学生可以检查各个信号在不同输入下的变化情况，确保运算的正确性和时序一致性。 3. **电路图**：虽然这部分没有直接给出，但通常在计算机组成原理实验中，学生会设计电路图来实现这些逻辑功能，这可能包括组合逻辑电路、触发器和存储器等组成部分。 4. **引脚配置（约束文件）**：源代码中提及的NET部分展示了部分接口引脚的物理位置定义，例如ALU_OP和AB_SW的输入端口的连接位置，这对于硬件实现和布局布线至关重要。 通过这个实验，学生不仅能够掌握基本的数字逻辑设计和编程技巧，还会深入了解计算机组成原理中的算术逻辑单元工作原理及其在硬件设计中的应用。此外，实验还锻炼了学生的实际操作能力、调试能力和问题解决能力，有助于提高他们对计算机系统内部运作的理解。完成实验后，学生应能独立设计和实现一个功能全面的ALU，并对其进行测试和优化。