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。