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準備

今週から、MIPSプロセッサを設計します。 そのために、VerilogHDLを用いた記述方法、シミュレータ、波形ビューアなどの各種CADツールの使いかたを習得します。

シミュレーションのためのログイン

ssh -X hdw1dc

simvisionのウインドウが開かない場合には、

/bin/ssh -X hdw1dc

でログインすること。

hostnameは各自の目の前の計算機にすること。

ALUモジュールの設計と検証

算術論理演算ユニット(arithmetic logic unit, ALU)は、加算や減算などの算術演算や、 ANDやORなどの論理演算を行うプロセッサの中枢部分です。 今週はMIPSプロセッサで使われる32ビットのALUを作成し、 さらにシミュレーションによって動作検証をします。

今回設計するALUの入出力信号は次の図の通りです。 AとBは入力でどちらも32ビット幅です。 ALU制御入力(ALUoperation)は4ビット幅の入力で、演算の種類を指定します。 演算結果(ALUresult)も32ビットで出力されます。 ゼロ判定出力(Zero)は演算結果が32ビットとも0であるときに1となる信号です。

このALUでは下に示す6種類の演算をサポートします。第4版上巻p.290参照。

ALU制御入力	機能
0b0000	AND
0b0001	OR
0b0010	加算
0b0110	減算
0b0111	Set on less than
0b1100	NOR

ANDは2つの入力の各ビットの論理積、ORは論理和を実行することを意味します。 Set on less than は比較命令で利用される演算で、2つの入力の大小関係によって 0 または 1 を次の表のように出力します。

	ALUの出力
A ＜ B	0x00000001
A ≧ B	0x00000000

今回作成するプロセッサでは、加算、減算実行時にはオーバフローは想定しません。 オーバフローが発生した場合でも、下位のbitは正しい値が出力されるように設計します。

ALUモジュールの作成