Digitaltechnik

Beschreibung / Inhalt
Das vorliegende Dokument beschreibt die Implementierung einer 4-Bit-ALU (Arithmetic Logic Unit) in einem FPGA (Field Programmable Gate Array). Es handelt sich um eine Belegarbeit, die im Rahmen eines Studiums der Informatik an der Berufsakademie Berlin erstellt wurde.

Die Hauptthemen der Arbeit sind:

1. Aufgabenstellung: Entwurf einer 4-Bit-ALU in FPGA-Implementierung mit Mindestanforderungen wie zwei Operanden-Register, Befehls- und Direktwerteingabe über die Tastatur, Akku-Inhaltsausgabe auf einer 7-Segmentanzeige, Datenformat und Befehlssatz.

2. Tastaturdecoder: Der Tastatur-Decoder wandelt die von der Tastatur kommenden Signale in einen Binärcode um.

3. Register: Die Schaltung verwendet fünf Register, darunter ein Befehlsregister, zwei Operandenregister (A=Akku, B) und zwei Hilfsregister. Die Signale zur Steuerung der Registerfunktionen kommen von der ALU-Control-Einheit.

4. Bus: Der Bus besteht aus vier parallelen Leitungen, die alle Funktionsgruppen miteinander verbinden. Tristate-Buffer werden verwendet, um Buskonflikte zu vermeiden.

5. ALU-KI (Rechenwerk): Das Rechenwerk besteht aus einer kombinatorischen Schaltung und einem 4-Bit-Adder. Alle Berechnungen werden in eine Addition umgesetzt.

6. ALU-Control-Einheit: Die ALU-Control-Einheit steuert die Ausgänge der verschiedenen Zustände an. Sie lässt sich als Zustandsgraph mit neun inneren Zuständen darstellen.

Die geforderte Tastaturbelegung wird tabellarisch dargestellt. Der Dokumentauszug endet mit der Beschreibung der Ausgänge der ALU-Control-Einheit.

Der Anhang enthält ABEL-Dateien, verwendete Makros aus der XILINX-Bibliothek und eine Schematik der Gesamtschaltung.

Zusammenfassend beschreibt das Dokument die Implementierung einer 4-Bit-ALU in einem FPGA. Dabei wird der Aufbau, die Funktionsweise und die Steuerung der ALU detailliert erklärt. Register, Bus, Rechenwerk und ALU-Control-Einheit sind die Hauptkomponenten, die in der Arbeit behandelt werden.
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Auszug aus Referat
Berufsakademie Berlin - Informatik - 2. Semester Digitaltechnik Belegarbeit: 4-Bit-ALU in FPGA Implementierung Mitglieder der Arbeitsgruppe: Michael Kuss Thomas Jüngel Matthias Buchhorn Andreas Spiller Inhalt: 1. Aufgabenstellung 2. Tastaturdecoder (ABEL) 3. Register Befehlsregister Operandenregister Hilfsregister 4. Bus 5. ALU-KI-Einheit (ABEL) 6. ALU-Control-Einheit (ABEL) 7. Display Anhang: - ABEL Dateien - Verwendete Macros aus der XILINX-Bibliothek - Schematik der Gesamtschaltung 1. Aufgabenstellung: Entwurf einer 4-Bit-ALU in FPGA-Implementierung Mindestanforderungen: - 4-Bit-ALU - 2 Operanden-Register (A Akku, B) - Befehls- und Direktwerteingabe über die Tastatur - Akku-Inhaltsausgabe auf 7-Segmentanzeige permanent - Datenformat: vorzeichenlose Integerwerte von 0 bis 9 (auch Ergebnis) - Befehlssatz: Befehl Erklärung mov A,c lädt die Konstante c von Tastatur in Register A Akku; A: const mov B,c lädt die Konstante c von Tastatur in Register B; B: const add A,B addiert die Inhalte der Register A und B, Ergebnis wird nach A Akku zurückgeschrieben; A: (A B) sub A,B subtrahiert den Inhalt des Reg. B vom Inhalt des Reg. A, Ergebnis wird nach A zurückgeschrieben ; A: (A-B) inc A inkrementiert den Inhalt von A um 1; A: (A 1) dec A dekrementiert den Inhalt von A um 1; A: (A-1) shr A verschieben des Inhalts von A nach rechts; ai: ai 1 shl A verschieben des Inhalts von B nach links; ai 1: ai Realisierung Funktionsnachweis: - Auf dem XILINX Schaltkreis XC 4003 ...
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