alu电路 计算机组成原理实验,计算机组成原理-实验三-多功能ALU设计实验
实验要求：
本实验要求设计一个具有8种运算功能的32位ALU，并能够产生运算结果的表示：结果为零标志ZF(Zero Flag)、进借位标志位CF()溢出标志OF(Overflow Flag)、符号位标志SF(Sign Flag)和奇偶标志PF(Parity Flag),标志位值解释见代码。ALU通过4根控制线ALU_OP[3:0]来选择其8种功能，功能见表所示，多余的8位用于后继运算的拓展备用。
功能表
ALU_OP[3:0]ALU功能功能说明
0000and按位与运算
0001or按位或运算
0010xor按位异或运算
0011nor按位或非运算
0100add算术加运算
0101sub算术减运算
0110slt若A
0111sllB逻辑左移A所指定的位数
实验IDE采用Vivado，开发语言Verilog。
程序模块结构图：
ALU运算器模块代码：`timescale 1ns / 1ps
//ALU模块
module ALU(OP,A,B,F,ZF,CF,OF,SF,PF);
parameter SIZE = 32;//运算位数
input [3:0] OP;//运算操作
input [SIZE:1] A;//左运算数
input [SIZE:1] B;//右运算数
output [SIZE:1] F;//运算结果
output ZF, //0标志位, 运算结果为0(全零)则置1, 否则置0
CF, //进借位标志位, 取最高位进位C,加法时C=1则CF=1表示有进位,减法时C=0则CF=1表示有借位
OF, //溢出标志位，对有符号数运算有意义，溢出则OF=1，否则为0
SF, //符号标志位，与F的最高位相同
PF; //奇偶标志位，F有奇数个1，则PF=1，否则为0
reg [SIZE:1] F;
reg C,ZF,CF,OF,SF,PF;//C为最高位进位
always@(*)
begin
C=0;
case(OP)
4'b0000:begin F=A&B; end //按位与
4'b0001:begin F=A|B; end //按位或
4'b0010:begin F=A^B; end //按位异或
4'b0011:begin F=~(A|B); end //按位或非
4'b0100:begin {C,F}=A+B; end //加法
4'b0101:begin {C,F}=A-B; end //减法
4'b0110:begin F=A
4'b0111:begin F=B<
endcase
ZF = F==0;//F全为0，则ZF=1
CF = C; //进位借位标志
OF = A[SIZE]^B[SIZE]^F[SIZE]^C;//溢出标志公式
SF = F[SIZE];//符号标志,取F的最高位
PF = ~^F;//奇偶标志，F有奇数个1，则F=1；偶数个1，则F=0
end
endmodule
测试模块代码：`timescale 1ns / 1ps
module Test();
reg [31:0] A,B;
reg [3:0] OP;
initial//初始化，每中运算擦拭两组数据
begin
/*按位与*/
OP=4'b0000;A=32'h0000_0000; B=32'h0000_0001;#50;
OP=4'b0000;A=32'h0000_0001; B=32'h0000_0001;#50;
/*按位或*/
OP=4'b0001;A=32'h0000_0000; B=32'h0000_0001;#50;
OP=4'b0001;A=32'h0000_0000; B=32'h0000_0000;#50;
/*按位异或*/
OP=4'b0010;A=32'h0000_0000; B=32'h0000_0001;#50;
OP=4'b0010;A=32'h0000_0000; B=32'h0000_0000;#50;
/*按位或非*/
OP=4'b0011;A=32'h0000_0000; B=32'h0000_0001;#50;
OP=4'b0011;A=32'h0000_0000; B=32'h0000_0000;#50;
/*算术加运算*/
OP=4'b0100;A=32'h7FFF_FFFF; B=32'h7FFF_FFFF;#50;
OP=4'b0100;A=32'hFFFF_FFFF; B=32'hFFFF_FFFF;#50;
/*算术减运算*/
OP=4'b0101;A=32'h7FFF_FFFF; B=32'h7FFF_FFFD;#50;
OP=4'b0101;A=32'h7FFF_FFFF; B=32'hFFFF_FFFF;#50;
/*A
OP=4'b0110;A=32'h7FFF_FFFF; B=32'h8FFF_FFFF;#50;
OP=4'b0110;A=32'hFFFF_FFFF; B=32'h7FFF_FFFF;#50;
/*B逻辑左移A指定的位数*/
OP=4'b0111;A=32'h0000_0001; B=32'h0000_0001;#50;
OP=4'b0111;A=32'h0000_0001; B=32'h0000_0008;#50;
end
wire [31:0] F;
wire ZF, CF, OF, SF, PF;
ALU ALU_test(
.OP(OP),
.A(A),
.B(B),
.F(F),
.ZF(ZF),
.CF(CF),
.OF(OF),
.SF(SF),
.PF(PF)
);
endmodule
仿真波形图：
仿真电路图：
心得体会：
总的来说实验三不是很难吧，本来书上的要求是做OP[2:0]三位8中运算，标志位也没有那么多。章老师开了翻转课堂，给我们加了一些要求。这是本学期我们的第一个实验，很多Verilog的语法都忘记了，磕磕碰碰和组员讨论，debug。非常感谢另外两个小伙伴lym和tk。