ALU设计_原创精品文档.pdf
以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。——《管子》
计算机组成原理与接口技术实验
实验报告
实验人：学号：日期：2010-03-20
院（系）：软件学院专业（班级）：
实验题目：ALU设计(4位和8位)
一.实验目的
1.了解ALU(算术逻辑单元)的功能和使用方法
2.认识和掌握超前（并行）进位的设计方法
3.认识和掌握ALU的逻辑电路组成
4.认识和掌握ALU的设计方法
二.实验原理
从结构原理图上可推知，本实验中的ALU运算逻辑单元由4个一位的ALU运算逻辑单元
组成。每一位的ALU电路由全加器和函数发生器组成。事实上，ALU的设计是在全加器的基
础上，对全加器功能的扩展来实现符合要求的多种算术/逻辑运算的功能。为了实现多种功
能的运算，An、Bn数据是不能直接与全加器相连接的，它们受到功能变量F3—F1的制约，
因此，可由An、Bn数据和功能变量F3-F1组合成新的函数Xn、Yn，然后，再将Xn、Yn
和下一位进位Cn-1通过全加器进行全加运算以实现所需的运算功能。ALU中，C0为最低位
的进位输入端，C4为最高位的进位输出端，Sn为每一位运算结果。一位算术/逻辑运算单元
的逻辑表达式（n=1、2、3、4）如下：
Sn=XnYnCn-1
Cn=XnYn+(Xn+Yn)Cn-1
令Pn=Xn+Yn
Gn=XnYn
则Cn=Gn+PnCn-1
图1ALU的逻辑结构原理图
以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。——《管子》
计算机组成原理与接口技术实验
实验要求进位位采用超前（先行、并行）进位实现。超前进位电路同时形成各位进位，
因此实现快速进位，达到快速加法的目的。这种加法器称为超前进位加法器。
各超前（先行）进位位的形成根据表达式Cn=XnYn+(Xn+Yn)Cn-1来确定，其中n=1、
2、3、4。后产生的进位与前进位有关，最终每个进位也只和Xn、Yn、C0有关，而Xn、
Yn又是An、Bn的函数，如：
C1=X1Y1+(X1+Y1)C0
C2=X2Y2+(X2+Y2)C1
C3=X3Y3+(X3+Y3)C2
一些控制信号如F3-F1为功能控制信号，控制着4位ALU运算逻辑单元的八种功能操作：
A4-A1和B4-B1为ALU的两组数据输入端；S4-S1为4位ALU的4个输出端，S表示为
S=SSSS；C4为4位ALU的最高位进位输出端，依此还有C3、C2、C1。考虑级联关系时，
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如有必要可增加级联控制端G
三.实验内容
表14位ALU的八种功能操作表
F3F2F1S功能描述
000/B求反
001/B+1*