BÀI báo cáo LAB 3 THIẾT kế ALU

LAB 3: THIẾT KẾ ALU 1.1 Mục tiêu Trong bài lab này sinh viên sẽ tham khảo thiết kế một ALU 8-bit trên phần mềm mô phỏng LogiSim.. Sinh viên sẽ thiết kế một ALU 4-bit trên phần mềm LogiS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-BÀI BÁO CÁO LAB 3: THIẾT KẾ ALU

Giảng viên: Nguyễn Thanh Sang

Lớp: CE118.G11.1

Nhóm 7

Nguyễn Xuân Đạt MSSV: 13520185

LAB 3: THIẾT KẾ ALU 1.1 Mục tiêu

Trong bài lab này sinh viên sẽ tham khảo thiết kế một ALU 8-bit trên phần mềm mô phỏng LogiSim

Sinh viên sẽ thiết kế một ALU 4-bit trên phần mềm LogiSim Sau đó, thiết kế và kiểm chứng hoạt động của ALU này trên KIT DE2

1.2 Nội dung thực hành

Thiết kế bộ ALU 4-bit có sơ đồ khối và các chức năng như bên dưới

Chú ý: Lệnh Add (cộng) và Subtract (trừ) được thực hiện trên 2 số có dấu 4-bit A và B Kết quả

sẽ được biểu diễn trong số có dấu 4-bit (R) Cờ báo add_sub_overflow sẽ được bật lên 1 khi mạch phát hiện có overflow xảy ra

Hỏi: tầm biểu diễn của 2 toán hạng A, B và kết quả Add và Subtract ở trên?

1.3 Sinh viên chuẩn bị

1 Download phần mềm LogiSim: http://sourceforge.net/projects/circuit/

2 Xem trước clip để chuẩn bị các thao tác:

https://www.youtube.com/watch?v=dYZ - Hwbcnq4

3 Tài liệu tham khảo, hướng dẫn sử dụng LogiSim:

http://www.cburch.com/logisim/docs/2.7/en/html/guide/index.html

4 Vẽ mạch thiết kế ALU 4-bit trong phần 1.2 và mô phỏng trên phần mềm LogiSim

Tạo mạch ALU 1-bit

Tạo khối mạch Alu 1 bit

Tạo mạch ALU 4-bit

5 Vẽ mạch thực hiện ALU 4-bit trong phần 1.2 trên phần mềm Quartus II

Tạo mạch cộng

VCC

VCC

VCC

Cout

OUTPUT

S

OUTPUT

XOR

inst

XOR

inst1

AND2

inst2

AND2

inst3

AND2

inst4

OR3

inst5

Tạo mạch trừ

VCC

VCC

VCC

Cout

OUTPUT

D

OUTPUT XOR

inst

XOR

inst1

AND2

inst2

AND2

inst4

NOT

inst5

NOT

inst6

Tạo mạch ALU 1 bit

VCC

VCC

VCC

Cout/Dec

OUTPUT

Result

OUTPUT

NOT

inst2

AND2

inst3

OR2

inst4

XOR

inst5

A B Cin

S Cout

sub

inst

A B Cin

S Cout

add

inst10

A B Cin

S Cout

sub

inst11

A B Cin

S Cout

add

inst12

MULTIPLEXER

C D1 D0

D5 D4

D2 D3

GN D7 D6

A B

Y WN 81mux

inst15

Cout Add

OUTPUT

Cout Sub

OUTPUT

Cout Inc

OUTPUT VCC

VCC

VCC

VCC

Tạo mạch ALU 4 bit

1.4 Hướng dẫn thực hanh

1 Tạo một project mới, đặt tên: E/CE118_lab/lab3_MSSV

2 Thực thi thiết kế ALU 4-bit với các chức năng trong phần 1.2 và mô phỏng trên phần mềm LogiSim

Ta thực hiện phép tính +7 + (+2) = +9 ( 0111+ 0010=1001 ) phép cộng 2 số 3bit và 1bit dấu

có hiện tượng tràn số học nên cổng overflow có giá trị 1

Ta thực hiện phép tính (-7) + (+2) = (-5) ( 1001 + 0010 = 1011) cổng overflow sáng do lệnh sub bị tràn ( -7) – (+2) = (-9) (1001 – 0011 = 10111 )

Lệnh Complement A(0111) = 1000

Lệnh AND A(0111) and B(0010) = 0010

Lệnh XOR A(0111) xor B(0010) = 0101

Lệnh OR A(0111) or B(0010) = 0111

Lệnh Decrement A(0111) – (1) = 0110

Lệnh Increment A(0111) + (1) = 1000

3 Thiết kế và kiểm chứng hoạt động của ALU 4-bit trên phần mềm Quartus II và thực thi trên KIT DE2

Mô phỏng wareforms theo các TH sau cho thấy mạch chạy đúng theo đề bài

TH1: op 000 complement A (0000) ta thấy đèn sang ở LED[3:0]-> mạch đúng

TH2:op 001 AND A(0111) and B(0010) = 0010 -> mạch đúng

TH3: op 010 XOR A(0111) xor B(0010) = 0101 -> kit hiển thị đúng

TH4:op 011 OR A(0111) or B(0010) = 0111-> mạch đúng

TH5:op 100 Decrement A(0111) – (1) =0110

TH6:op 101 ADD A(0111) + B(0010) = 1001

TH7:op 110 SUB A(0111) – B(0010) = 0101

TH8:op 111 increment A(0111) + (1) = 1000

ThS Nguy n Thanh Sang-Hà Lê Hoài Trung ễn Thanh Sang-Hà Lê Hoài Trung Page 19