中国海洋大学计算机组成原理:ALU模块操作详解
本篇实验报告由中国海洋大学计算机科学与技术系学生岳宇轩在2019年进行,专业为计算机智能(19慧与),研究对象是计算机组成原理中的算术逻辑单元(ALU)。实验于2021年5月6日进行,由教师张巍指导。实验内容围绕ALU的功能实现,涉及一系列基本的算术和逻辑操作。 实验的核心部分是设计并实现了一个名为alu.v的Verilog模块,用于模拟一个功能强大的ALU,它能够执行12种不同的操作,包括: 1. **加法**(alu_add):当alu_control的第11位为1时,ALU执行加法运算,将alu_src1和alu_src2的值相加,并将结果存储在alu_result中。 2. **减法**(alu_sub):alu_control的第10位为1时,ALU执行减法操作,相当于alu_src1减去alu_src2。 3. **有符号比较**(alu_slt):alu_control的第9位控制有符号比较,如果alu_src1小于alu_src2,则alu_slt信号被置位。 4. **无符号比较**(alu_sltu):alu_control的第8位控制无符号比较,与alu_slt类似,但不考虑符号位,仅比较数值大小。 5. **按位与**(alu_and):alu_control的第7位控制按位与操作,两个输入的相应位进行与运算,结果存于alu_result。 6. **按位或非**(alu_nor):alu_control的第6位控制按位或非,即对输入进行按位或运算后取反。 7. **按位或**(alu_or):alu_control的第5位控制按位或操作,输入位进行或运算。 8. **按位异或**(alu_xor):alu_control的第4位控制按位异或,执行异或逻辑运算。 9. **逻辑左移**(alu_sll):alu_control的控制位决定alu_src1是否向左移动指定的位数。 10. **逻辑右移**(alu_srl):alu_srl同样根据alu_control的控制位执行右移操作,但移位是基于二进制的空位填充。 11. **算数右移**(alu_sra):不同于alu_srl,alu_sra执行的是算术右移,高位用符号位填充。 12. **高位加载**(alu_lui):该操作可能涉及到十六进制数的扩展,alu_control的某些位控制如何加载高位到alu_result。 实验通过设计这些逻辑门电路实现,展示了ALU作为处理器核心部件的重要作用,它处理着整数和布尔运算,对于理解计算机系统内部工作原理至关重要。此外,通过编写Verilog代码,学生不仅锻炼了编程技能,还加深了对数字逻辑的理解。完成此实验后,学生应能够灵活运用ALU进行各种计算任务,并能分析和调试其在实际应用中的性能。
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