湘潭大学计算机原理 实验一 算术逻辑运算实验预习报告

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1、实验一算术逻辑单元ALU一．实验目的1．理解算术逻辑单元ALU的工作原理。2．掌握算术逻辑单元ALU的设计方法。3．验证32位算术逻辑单元ALU的加、减、与、移位功能。4．按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。二．实验内容算术逻辑单元ALU的设计如图1-1所示。其中运算器addsub32能实现32位的加减运算。参加运算的两个32位数据分别为A[31..0]和B[31..0]，运算模式由aluc[3..0]的16种组合决定，而aluc[3..0]的值由4位2进制计数器LPM_COUNTER产生，计数时钟是Sclk（图1-1）；r[31..0]为输出结

2、果，Z为运算后的零标志位。ALU功能如表1-1所示。表1-1ALU的运算功能选择端alucALU功能3210*000*001*010*100*101*110001101111111注1、*表示每一位都移至下一更高有效位,“+”是逻辑或，“加”是算术加三．实验步骤（1）设计ALU元件在QuartusII环境下，用文本输入编辑器TextEditor输入ALU.V算术逻辑单元文件，编译VerilogHDL文件，并将ALU.V文件制作成一个可调用的原理图元件。（2）以原理图方式建立顶层文件工程选择图形方式。根据图1-1输入实验电路图，从QuartusII的基本

3、元件库中将各元件调入图形编辑窗口、连线，添加输入输出引脚。将所设计的图形文件ALU_sy.bdf保存到原先建立的文件夹中，将当前文件设置成工程文件，以后的操作就都是对当前工程文件进行的。（3）器件选择选择Cyclone系列，在Devices中选择器件EP1C12QC240C8。编译，引脚锁定，再编译。引脚锁定后需要再次进行编译，才能将锁定信息确定下来，同时生成芯片编程/配置所需要的各种文件。（4）芯片编程Programming（可以直接选择光盘中的示例已完成的设计进行验证实验）打开编程窗口。将配置文件ALU_sy.sof下载进GW48系列现代计算机组成

4、原理系统中的FPGA中。（5）选择实验系统的电路模式是NO.0，验证ALU的运算器的算术运算和逻辑运算功能根据表1-1，从键盘输入数据A[7..0]和B[7..0]，并设置S[3..0]、M、Cy，验证ALU运算器的算术运算和逻辑运算功能，记录实验数据。图1-1算术逻辑单元ALU实验原理图四．实验任务（1）按图1-1所示，在本验证性示例中用数据选择开关（键3控制）的高/低电平选择总线通道上的8位数据进入对应的数据锁存器lpm_latch中；即首先将键3输入高电平，用键2、键1分别向DA[7..0]置数01010101（55H），这时在数码管4/3上显示

5、输入的数据（55H）；然后用键3输入低电平，再用键2、键1分别向DB[7..0]置数10101010（AAH），这时在数码管2/1上显示输入的数据（AAH）；这时表示在图1-1中的两个锁存器中分别被锁入了加数55H和被加数AAH。可双击图1-1的ALU元件，了解其VerilogHDL描述。（2）键6控制时钟SCLK，可设置表1-1的aluc[3..0]=0~F。现连续按动键6，设置操作方式选择aluc[3..0]=0000（加法操作），使数码管8显示0，以验证ALU的算术运算功能：当键7设置clr=0时，数码管6/5=FF（55H+AAH=FFH）；当

6、键7设置cn=1（复位）时，数码管7/6/5=100（Z=1）；键KEY6控制时钟SCLK，设置aluc[3..0]=0~F，KEY7设置clr=0或clr=1，验证ALU的逻辑运算功能，并记录实验数据。表1-2DA[7..0]，DB[7..0]设置值检查R[7..0]Z寄存器内容ALUC3210CLRDA[7..0]DB[7..0]010101011010101010010101011010101010(3)验证ALU的算术运算和逻辑运算功能，ALU模块功能可参照表1-1。表1-3给定了寄存器DRl=DA[7..0]和DR2=DB[7..0]的数据(

7、十六进制)，要求根据此数据对照逻辑功能表所得的理论值(要求课前完成)与实验结果值进行比较(均采用正逻辑0)。表1-3ALUC3210DA[7..0]DB[7..0]ALU功能运算结果R[7..0]（CLR=0）0000AA550001AA550010AA550011AA550100FF010101FF010110FF010111FF011000FFFF1001FFFF1010FFFF1011FFFF11005501110155011110550111115501五．实验要求1、做好实验预习，掌握运算器的数据传送通路和ALU的功能特性，并熟悉本实验中所用

8、的控制台开关的作用和使用方法。2、写出实验报告，内容是：①实验目的；②按理论分析值填写好表1-