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1、实验三ALU与ALU控制器设计姓名:学号：091220033由E箱：xingenju@163.com一、实验目的1、了解并掌握ALU的工作原理和ALU所要完成的算术运算与逻辑运算。2、掌握ALU控制器的工作原理和作用。二、实验设备1、装有QuartusII的计算机一台。2、AlteraDE2-70开发板一块。三、实验任务1、用VerilogHDL语言戒VHDL语言来编写，实现M1PS32位的ALU及ALU的控制器,使其能够支持基本的指令。2、用VerilogHDL语言戒VHDL语言来编写，实现RAM32位的ALU及ALU的控制器，使其能够支持基本的指令。四、实验原理
2、与电路图1、MIPS中ALU控制器的原理在MIPS中，ALU可执行的功能与操作如下表，需要三位控制信号:ALUopALUctr功能0000110加法0001110有符号痢去00100000011000前^—0100100与0101101slt/slti0110010或0111101sltu/sltiu1000Oil1001001异或除运算结果result_final,ALU还输出信号zero,less,overflow,carry分别表示运算结果是否为0,两数比较是大述是小，是否有溢出，以及是否有进位，以用于某些判断指令。为提高ALU的控制效率，ALU采用两级控制，
3、即通过ALU控制器实现对ALU的控制，而不是直接控制ALUoALUop[3:0]32323232Rcsu,tControlAluOp(0
4、AluOp(2]说明丄AluOp:4位1.■低位控制加冼去以及输写写还是前导1.优点是.无需護外译碍2・倒数期二位控制作育无符号刈定•育无符号數列定大小逻■不同（less标志）3•两个待符号数比较,V耳或S的结果为lessAluOp(l]AluOp[3)4•两个无符号敛比较.C的结果为less说明:■ALUdr?■ALUop3ALUopl+ALUop3ALUop?AITopOALUEl・ALUop3AWALUopl+ZU^ALUo
5、p2ALUoplSn^+ALUop：!Am)plALUopOALUM-ALUop3ALU^2ALUopl+ALUop3ALUop2ALUopOAluOp:4位1.最低位为控制加减法以及前导0还是前导1,有误无需额外译码2.倒数第二位控制作有无符号判定，有无符号数判定大小逻辑不同（less标志）3.两个有符号数比较，V异或S的结果为less4.两个无符号数比较，C的结果为less2、ARM中ALU控制器的原理AluOpAluCtr指令功能0000101ADD加法运算0001101ADC带进位的加法运算0010101SUB减法运篁0011101SBC带进位的减法运算01
6、00000BIC位清除指令0101001AND与操作0110010ORR或操作0111011EOR异或操作1000100CMN负数比较1001100TST位测试指令1010100CMP比较指令1011100TEQ相等测试指令ADD：若ADDrO,rl,r2,则rO=rl+r2；ADC：若ADCrO,rl,r2,则rO=rl+r2+C；SUB：若SUBrO,rl,r2,则rO=rl~r2；SBC：若SBCrO,rl,r2,则rO=rl+r2+CT；BTC：A中值与B中值的反码进行与操作；AND：按位与操作；ORR：按位或操作；EOR：按位异或操作；CMN：A加B,若小
7、于零则结果为1,不保存减的结果;TST：A和B进行按位与操作，全零则结果为1；CMP：A减B,若小于零则结果为1,不保存减的结果;TEQ：A和B进行按位异或操作，全零则结果为1。CarryAUJopLl]ALUop⑶OperandBCOperandAAI.Uctr(OjALUctrllJAlIJoplO]AUJopUJAUjctr；2]/U；opl2jAl.ltop[3]五、实验步骤（一）Exl（MIPS的ALU及ALU控制器）1、变量名列表输出变量名变量名类型变量名含义说明定义该变量的程序模块名Operand_A32位input第一个操作数mipsaluOper
8、andB32位input第二个操作数mipsaluAluOp4位input控制变量mipsaluResult_final32位output输出结果mipsaluCarry1位output进位mips_aluZero1位output判零mipsaluOverflow1位output判断溢出mipsaluLess1位output比较两数大小mips^aluresult32位reg数组用于存放结果的临时变量mips_alu■11位integer用于计数的临时变量mips^alucount32位reg用于存放扩展位的临时变量mips^aluextendA,extendB
