báo cáo cấu trúc máy tính lab 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
Khoa: Điện – Điện tử
***

BÁO CÁO BÀI TẬP
Mơn: CẤU TRÚC MÁY TÍNH
Lab 2: XÂY DỰNG 1 ALU 4 BIT

GVHD: TS. TRẦN HOÀNG LINH
SVTH: Bùi Xuân Sơn
MSSV: 1914940

***
TPHCM, tháng 04 năm 2022

/


MỤC LỤC
I-

MỤC TIÊU............................................................................................................................................... 1

II-

CÁCH THỰC HIỆN:........................................................................................................................... 1
1)

Ý tưởng................................................................................................................................................. 1

2)

Phân tích............................................................................................................................................... 2

III-

FILE CODE VERILOG VÀ FILE TEST: Xem file đính kèm...........................................................3

IV-

KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ................................................................................................................. 4

V-

1)

Kết quả file test..................................................................................................................................... 4

2)

Kết quả lý thuyết:................................................................................................................................. 4

3)

Đánh giá:..............................................................................................................................................4
KẾT LUẬN:.........................................................................................................................................4


I-

MỤC TIÊU:

Xây dựng 1 bộ ALU 4 bit với 6 ngõ vào (2 ngõ giá trị vào (4 bit) A, B, 1 bit nhớ C0 và 3 ngõ
điều khiển (1 bit) M, S1, S0) cùng 2 ngõ ra (1 ngõ kết quả ra (4 bit) F và 1 bit nhớ Cout) dựa trên
bảng chức năng sau:

Sơ đồ khối của 1 ALU 4 bit:

II-

CÁCH THỰC HIỆN:
1) Ý tưởng:

Dùng nguyên tắc chia để trị để thiết kế ALU: Chia ALU thành các khối nhỏ hơn để thực hiện
nhằm dễ quản lí và có tính hệ thống hơn.
Cách thực hiện:


Cách 1: ALU 4 bit gồm 4 ALU 1 bit: Để thiết kế ALU 4 bit, ta có thể thiết kế 1 ALU 1
bit rồi ghép 4 ALU 1 bit này lại với nhau (tương tự bộ cộng SUM 4 bit gồm 4 bộ cộng 1
bit). Có thể dùng bảng chân trị gồm 6 ngõ vào (C0, Ai,Bi,S1,S0,M) và 2 ngõ ra Co và F
để thiết kế. Cách này hiệu quả nhưng khá công phu ở phần tính tốn.

1




Cách 2: ALU gồm AU và LU: Chia ALU thành 2 phần riêng biệt là logic (LU) và toán
học (AU). Sau đó dùng MUX 2:1 để kết hợp 2 khối lại với nhau qua chân cho phép là M.
Việc thiết kế các khối chức năng riêng lẻ này nhanh chóng và đơn giản hơn so với việc

thiết kế ALU 1 bit. Do đó, ở bài này sử dụng cách 2 để thiết kế.

2) Phân tích:
Sơ đồ thiết kế:



Khối LU 4 bit gồm 4 khối LU 1 bit.

Khối LU 1 bit gồm 4 ngõ vào và 1 ngõ ra có bảng chân trị như sau:
S1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1

NGÕ VÀO
S0

Ai
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1

1
1
1

Bi
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

NGÕ RA
Lout
0
0
0
1
0
1

1
1
0
1
1
0
1
0
0
1


Từ bảng chân trị, ta có biểu thức của ngõ ra theo ngõ vào là:
Lout = AB + ~S1S0(A+B) + S1S0~A~B + S1~S0B.


Khối AU 4 bit gồm 4 khối AU 1 bit:

Khối AU gồm 5 ngõ vào và 2 ngõ ra đều thực hiện phép cộng. Do đó, thực hiện khối AU 1 bit
dựa trên việc sử dụng bộ cộng FA với ngõ vào x,y,ci là hàm theo các ngõ vào của khối AU (Ai,
Bi, S1, S0, C0).
Sơ đồ của khối AU 4 bit:

Các giá trị vào của bộ cộng FA được tính dựa theo bảng sau:
S1S0
00
01
10
11

Xi
Ai
Ai
Ai
~Ai

Yi
0
Bi
~Bi
Bi

Từ bảng, ta có
+ Xi = Ai ⨁ (S1S0);
+ Yi = BiS0 + ~BiS1~S0;
+ Cin = C0;
III-

FILE CODE VERILOG VÀ FILE TEST: Xem file đính kèm.

Cin
C0
C0
C0
C0


IV-

KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ:

1) Kết quả file test:

2) Kết quả lý thuyết:
A
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000

B
M
S1
S0
C0
Cout
F
0010
0

0
0
0
0
0000
0010
0
0
0
1
0
0000
0010
0
0
1
0
0
0010
0010
0
0
1
1
0
0010
0010
0
1
0

0
0
0010
0010
0
1
0
1
0
0010
0010
0
1
1
0
0
1101
0010
0
1
1
1
0
1101
0010
1
0
0
0
0

0000
0010
1
0
0
1
0
0001
0010
1
0
1
0
0
0010
0010
1
0
1
1
0
0011
0010
1
1
0
0
0
1101
0010

1
1
0
1
0
1110
0010
1
1
1
0
1
0001
0010
1
1
1
1
1
0010
3) Đánh giá: Kết quả mô phỏng giống với lý thuyết. Ở đây chỉ dẫn ra 1 trường hợp
A,B, vẫn cịn nhiều trường hợp mơ phỏng cho kết quả giống với lý thuyết, có thể
xem thêm trong file test.

V-

KẾT LUẬN: Bộ ALU 4 bit cho kết quả giống với lý thuyết, thực hiện được chức
năng thỏa mục tiêu đề bài. Đây là một khối chức năng quan trọng trong thiết kế CPU.