微机原理及应用课程设计---算术逻辑单元设计

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1、微机原理课程设计 1 电气与电子信息工程学院电气与电子信息工程学院 微机原理技术微机原理技术课程设计报告课程设计报告 设计题目：设计题目： 算术逻辑算术逻辑单元设计单元设计 专业班级：专业班级： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 设计时间：设计时间： 2011.06.272011.07.08 教师评语： 成绩 评阅教师 日期 微机原理课程设计 2 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1 算术逻辑单元发展及现状 算术逻辑单元（arithmetic logic unit，缩写 ALU）是进行整数运 算的结构。现阶段是用电路来实现，应用在电脑组芯片中。 在计算机中，算术逻辑单

2、元（ALU）是专门执行算术和逻辑运算 的数字电路。ALU 是计算机中央处理器的最重要成部分，甚至连最小 的微处理器也包含 ALU 作计数功能。在现代 CPU 和 GPU 处理器中 已含有功能强大和复杂的 ALU；一个单一元件也可能含有 ALU。 1945 年数学家冯诺伊曼在一篇介绍被称为 EDVAC 的一种新型 电脑的基础构成的报告中提出 ALU 的概念。 早期发展 1946 年，冯诺伊曼与同事合作为普林斯顿高等学习学院(IAS) 设计计算机。随后 IAS 计算机成为后来计算机的原形。在论文中，冯 诺伊曼提出他相信计算机中所需的部件，其中包括 ALU。 冯诺伊曼 写到，ALU 是计算机的必备组

3、成部分，因为已确定计算机一定要完成 基本的数学运算，包括加减乘除。于是他相信（计算机）应该含有 专门完成此类运算的部件。 数字系统 ALU 必须使用与数字电路其他部分使用同样的格式进行数字处 理.对现代处理器而言,几乎全都使用二进制补码表示方式。早期的计 算机曾使用过很多种数字系统，包括反码、符号数值码，甚至是十进 制码，每一位用十个管子。 以上这每一种数字系统所对应的 ALU 都 有不同的设计，而这也影响了当前对二进制补码的优先选择，因为二 进制补码能简化 ALU 加法和减法的运算。 一个简单的能进行与或非 和加运算的 2 位 ALU。 可行性分析 绝大部分计算机指令都是由 ALU 执行的。

4、ALU 从寄存器中取出 数据，数据经过处理将运算结果存入 ALU 输出寄存器中。其他部件 微机原理课程设计 3 负责在寄存器与内存间传送数据。 控制单元控制着 ALU，通过控制 电路来告诉 ALU 该执行什么操作。 简单运算 大部分 ALU 都可以完成以下运算 整数算术运算（加、减，有时还包括乘和除，不过成本较高） 位逻辑运算（与、或、非、异或） 移位运算（将一个字向左或向右移位或浮动特定位，而无符号延伸）， 移位可被认为是乘以 2 或除以 2。 复杂运算 工程师可设计能完成任何运算的 ALU，不论运算有多复杂；问题在于 运算越复杂，ALU 成本越高，在处理器中占用的空间越大，消耗的电 能越多。 于是，工程师们经常计算一个折中的方案，提供给处理器 （或其他电路）一个能使其运算高速的 ALU，但同时又避免 ALU 设 计的太复杂而价格昂贵。部 ALU。 工程师一般认为 ALU 是处理整数 型（比如补码和 BCD 码）算术运算的的电路，而对更为复杂的格式 （比如浮点型、