[컴퓨터구조] 32-bit ALU 설계 및 구현, CPU의 기본 구조를 C언어로 표현, 1 bit ALU부터 32 bit ALU까지의 설계, ALU 구조

소개글

[컴퓨터구조] 32-bit ALU 설계 및 구현, CPU의 기본 구조를 C언어로 표현, 1 bit ALU부터 32 bit ALU까지의 설계, ALU 구조에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1장 – Introduction
(1) 연구분야
1-1) CPU의 기본 구조
1-2) 논리회로 표기
1-3) 32-bit ALU
1-4) Booth’s Algorithm
(2) 동기
(3) 목적
(4) 연구 접근 방법
4-1) 1-bit Adder
4-2) 1-bit ALU
4-3) Subtraction 추가
4-4) 1-bit ALU & MSB ALU
4-5) 1-bit ALU & MSB ALU

2장 – 관련연구

3장 – Design
(1) 설계 단계
1-1) 32-bit ALU
1-2) Booth’s Algorithm 곱셈기
(2) 단계별 구현
2-1) Adder, AND, OR
2-2) Adder, And, OR, Subtraction, Less
2-3) MSB ALU
2-4) 32-bit ALU
2-5) Booth’s Algorithm 곱셈기
(3) MIPS Object Code를 통한 ALU Test
(4) 1-bit ALU & MSB ALU & 32-bit ALU & Booth’s Algorithm의 Flow Chart

4장 – Verification

5장 – Conclusion

* Reference

본문내용

1장 - Introduction
(1) 연구분야
1-1) CPU의 기본 구조
컴퓨터는 프로그램 코드들을 정해진 순서대로 실행하는데, 그 과정에서 (1) 필요한 데이터를 읽어서(read), (2) 처리(processing)하고, (3) 저장(store)한다. 이러한 기능들을 수행하는 하드웨어는 여러 부품들이 그림 1)과 같이 상호 연결되어 구성된다. 먼저 ‘프로그램 실행’과 ‘데이터 처리’라는 중추적인 기능의 수행은 중앙처리장치(Central Processing Unit : 이하 CPU라고 함)가 담당한다.
CPU는 프로세서(processor)라고 불리기도 하며, 사실상 컴퓨터의 특성과 성능을 대부분 결정하게 된다. 예를 들어, CPU가 한 번에 처리하는 데이터의 길이(비트 수)에 따라 16-비트 컴퓨터 혹은 32-비트 컴퓨터 등으로 분류되기도 하며, 컴퓨터의 이론적인 처리 속도는 CPU의 속도에 의하여 결정된다 (실제 속도는 시스템 내 다른 요소들의 영향을 받아서 약간 더 낮아지게 된다).
CPU의 내부를 아주 간단한 모습으로 표현하자면 그림 1)과 같다(실제 CPU엔 다른 구성요소들도 있으나 상세한 내용은 제외하였다). 컴퓨터의 가장 근본이 되는 기능은 수치에 대한 산술적 계산과 논리 데이터에 대한 연산이라고 할 수 있다. 산술적 계산은 일반적으로 정수(integer)와 부동소수점 수(floating-point number)라는 두 가지 형태의 수들에 대하여 수행되며, 논리 연산은 0과 1의 배열로 표현되는 2진 데이터(binary data)에 대하여 이루어진다. 이번 프로젝트에서 다루게 될 내용은 그러한 연산들을 처리하는 CPU 내에서도 핵심이라고 할 수 있는 ALU(Arithmetic and Logical Unit)에 관한 것이다.
컴퓨터 내부에서 어떤 결과를 얻기 위하여 데이터를 변환시키는 것을 연산이라 한다. 그러므로 산술 연산과 논리 연산을 모두 수행하여야 하고, 데이터를 처리하는 핵심적인 역할을 하여야 한다. 연산 장치는 프로세서 내부에서 제어 장치와 함께 존재하기도 하고, 별도로 구성되기도 한다. 연산 장치는 필요한 결과를 얻을 수 있도록 각종 논리 연산과 산술 연산을 수행하여야 하고, 이를 위한 조합 논리 회로를 구성하기 위한 연산 회로들을 갖추어야 하며, 연산할 데이터와 연산된 결과를 필요할 때까지 보관하고 있어야 한다.
연산 장치(ALU, arithmetic & logic unit)는 프로그램의 명령에 따라 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 산술 연산과 두 수의 크기를 비교, 판단하는 논리 연산을 수행하는 요소들로 구성된다.
1-2) 논리회로
ALU 설계에 사용하게 될 논리회로들이다.
AND
논리곱(AND)은 2개의 2진 변수를 입력 받아 이에 대한 결과를 출력하며, 연산 기호는 X 또는 ∙ 로 표시한다. 논리곱의 특징은 두 입력 A, B가 모두 1인 경우에만 결과가 1이 되며, 나머지의 경우는 0이 된다.
논리 합(OR)의 연산 기호는 +로 표시한다. 논리 합의 특징은 두 입력 A, B중에서 하나 이상이 1이면 결과가 1이 되고, 모두 0인 경우에만 결과가 0이 된다.이 논리 부정(NOT)을 표시할 때에는 입력 논리 변수 A에 대해 A ̅,A', 또는 NOT A와 같이 표현하며, 논리 부정의 특징은 입력 A가 0이면 결과는 1이 되고, A가 1이면 결과는 0이 된다.
입력되는 2개 신호 중 어느 하나의 입력신호를 선택하여 출력회로로 내보내 주는 기능의 데이터 선택 논리회로를 말하며, 먹스(Mux, Multiplexer)라고도 한다. 컴퓨터 통신에서 이것을 사용하면, 하나의 전송로에 여러 대의 컴퓨터를 연결하여 사용할 수 있으므로 통신 비용이 크게 절감된다.
1-3) 32-bit ALU
32-bit ALU는 1-bit ALU 31개와 MSB ALU 한 개의 연결로 구성이 된다. 32-bit ALU 는 32개의binary 값으로

키워드

32bit,   ALU,   32bit ALU,   CPU 구조,   컴퓨터구조,   프로그램,   MIPS