基于fpga的简易的alu设计

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1、碑科华A试针彳焱報告题冃:院（系）:班级:姓名:学号:指导教师:教师职称:基于FPGA的简易的ALU设计讲师xxxxx学院本科毕业设计幵题报告题R基于FPGA的简易ALU设计来源工程实际1、研究鬥的和意义从20世纪屮叶的无线电时代，到21世纪以汁算机技术为屮心的智能化加信息化的现代电了时代，电了•系统发生丫巨大的变化。现代电子系统愈发泷大和fi杂，很多应用要求能够在现场进行实吋的高速运算，并对系统进行有效地控制。作为这一需求的解决方案，嵌入式计算机应用系统已成为现代电子系统的核心技术。早期的嵌入式系统是

2、将通用计算机经改装后嵌入到被测控对象去，实现数据采集、分析处理、状态显示、输出控制等功能。随着人规模集成电路技术的发展，屮央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出端UI/O等主要的计算机功能部件可以集成在-•块集成电路芯片上，这颗芯片就被称为单片机。与改装普通计算机相比，单片机ft有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定吋靠、应用广泛、通用性强等突出优点，因此迅速成为敁普及的眹入式应川系统方案。通常，我们要实现-•些功能可以用单片机来完成，似足，用可编程逻辑FPGA同样可以实现。

3、在计算机中，算术逻辑单元（ALU）是专门执行算术和逻辑运算的数字电路。ALU是计算机中央处理器的最重要组成部分，甚至连最小的微处理器也毡含ALU作计数功能。此次我要完成的设计是基于FPGA的叫位ALU算数逻辑单元设计。通过对ALU功能的拓展，來实现更快更好的运算功能，相信这一功能的实现将使运算功能更加简单、快捷、准确，从而提高我们今后的学习工作效率。2、发展情况（文献综述）算术逻辑单元（arithmeticlogicunit,缩写ALU）是进行整数运算的结构。现阶段是用屯路来实现，应用在电脑芯八中。在计

4、算机中，算术逻辑单元（ALU）是专门执行算术和逻辑运算的数字电路。ALU是计算机屮央处理器的最重要组成部分，甚至连最小的微处理器也包含ALU作计数功能。在现代CPU和GPU处理器中已含冇功能强大和杂的ALU；一个单一元件也可能含冇ALU。1945年数学家冯诺伊曼在一篇介绍被称为EDVAC的一•种新型电脑的基础构成的报告屮提!liALU的概念。早期发展：1946年，冯诺伊曼与同事合作为普林斯顿高等学习学院（IAS）设计计算机。随后IAS计算机成为后来计算机的原形。在论文中,冯诺伊曼提出他相信计算机中所需的

5、部件,其中包括ALU。冯诺伊曼写到，ALU是计算机的必备组成部分，因为已确定计算机一定要完成某木的数学运算，似括加减乘除。于是他相信计算机应该含有专门完成此类运算的部件。①数字系统ALU必须使川与数字电路其他部分使川同样的格式进行数字处理。对现代处理器而言，儿乎全都使用二进制补码表示方式。早期的计算机曾使用过很多种数字系统，包括反码、符号数位码，至是十进制码，每一位用十个管了。以上这每一种数字系统所对应的ALU都冇不同的设计，而这也影响了当前对二进制补码的优先选择，因为二进制补码能简化ALU加法和减法的

6、运算。②可行性分析绝人部分计算机指令都足由ALU执行的。ALU从寄存器屮取出数据，数据经过处理将运算结果存入ALU输出寄存器屮。其他部件负责在寄存器与内存闽传送数裾，控制单元控制着ALU,通过控制电路来告诉ALU该执行什么操作。③简单运算大部分ALU都可以完成以下运兑：整数算术运算（加、减，有时还乜括乘和除，不过成本较高）位逻辑运算（与、或、非、异或）移位运算（将一个字向左或向右移位或浮动特定位，而无符号延伸），移位可被认为是乘以2或除以2。④复杂运算工程师可设计能完成任烤运算的ALU,不论运算冇多S杂

7、。问题在于运算越S杂，ALU成本越高，在处理器中占用的空间越大，消耗的电能越多。于是，工程师们经常计算一个折屮的方案，提供给处理器（或其他电路）一个能使其运算高速的ALU，俏同时乂避免ALU设计的太复杂而价格昂贵。设想你需要计算一个数的〒方根，数字工程师将评估以卜*的选项來完成此操作：设计一个极度复杂的ALU,它能够一步完成对任意数字的平方根运算。这被称为单时钟脉冲计算。设计一个非常S杂的ALU,它能够分几步完成一个数字的平方根运算。不过，这里有个決窍，中间结果经过一连华电路，就像是工厂里的斗:产线。这

8、甚至使得ALU能够在完成前一次运算前就接受新的数字。这使得ALU能够以与单吋钟脉冲同样的速度产先数字，虽然从ALU输出的结果有一个初始延迟。这被称为汁算流水线。设计一个杂的ALU,它能够计算分儿步计算一个数字的平方根。这被称为互动计算，经常依赖于带有嵌入式微码的S杂控制单元。在处理器中设计一个简单的ALU，去掉•一个贵的专门川于此运算的处理器，再选择以上三个选项之一。这被称为协处理器。告诉编成人员没柯协处理器和仿真设备，于是他们必须自己写出