MIPS运算器设计实验

实验目的

理解 $\text{ALU}$ 的基本构成，掌握 $\text{Logisim}$ 中各种运算组件的使用方法，熟悉多路选择器的使用，能利用前述实验完成的 $32$ 位加法器、 $\text{Logisim}$ 中的运算组件构造指定规格的 $\text{ALU}$ 单元。

主要任务

利用前面实验封装好 $32$ 位加法器以及 $\text{Logisim}$ 平台中现有运算部件，构建一个 $32$ 位算术逻辑运算单元（禁用 $\text{Logisim}$ 系统自带的加法器，减法器），可支持算术加、减、乘、除，逻辑与、或、非、异或运算、逻辑左移、逻辑右移、算术右移运算，支持常用程序状态标志（有符号溢出 $OF$ 、无符号溢出 $UOF$ ，结果相等 $Equal$ ），在主电路中详细测试自己封装的 $\text{ALU}$ ，并分析该运算器的优缺点。

实验原理

逻辑左移、逻辑右移、算数右移用移位器实现。
无符号乘法用乘法器实现， $\text{Logisim}$ 的乘法器自带高比特位输出；无符号除法用除法器实现， $\text{Logisim}$ 的除法器自带余数输出。
加法由之前做好的 $32$ 位快速加法器实现，当最高位 $31$ 位向 $32$ 位有进位时，无符号加法产生溢出，即 $UOF=C_{32}$ ；当最高数据位和符号位进位不同步时，有符号加法产生溢出，即 $OF=C_{31}\oplus C_{32}$ 。减法同样由 $32$ 位快速加法器实现，求 $X-Y$ 时，输入 $X$ 和 $\overline{Y}$ ，并令 $C_0=1$ ，实现求补操作；同加法类似， $UOF=\overline{C_{32}}$ ， $OF=C_{31}\oplus C_{32}$ 。
逻辑运算与、或、非、异或、或非可由四种逻辑门实现。
有符号数比较和无符号数比较可由比较器实现。
设计好所有计算电路后，根据操作码，用多路选择器选择一个结果输出。