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

소개

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).

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 8
4-4) 1-bit ALU & MSB ALU 9
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, Subtracton, 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

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 표현 될 수 있는 수에 대해서 산술 및 논리 연산이 가능한 ALU이다. 연결에 대한 자세한 내용은 연구 접근 방법에서 각 1-bit ALU와 MSB ALU를 살펴보고 32-bit ALU의 구현 과정을 보일 것이다.

그림 2)는 1-bit ALU의 구조를 나타내고 있다. 1-bit ALU는 1-bit 덧셈, 뺄셈, AND, OR의 산술 및 논리 연산이 가능하다. 그림에서 보는 바와 같이 1-bit ALU는 Multiplexer로 Operation 값에 따라 어떤 연산결과를 출력할 것인지 결정할 수 있다.
다음은 1-bit ALU 내부의 Operation 옵션 값에 따른 연산이다. 이 operation은 전체 ALU op-eration control에서 오게 된다.

참고자료

· 김종현, [컴퓨터구조론] (서울:생능출판사, 2004)
· 오상엽, [Computer System Architecture] (경기:이한출판사, 2005)
· 김병기 외 3인 공역, [컴퓨터 구조 및 설계 - second edition] (사이텍미디어)
· 곽명신. [RISC프로세서 ALU 설계에 관한 연구]. 한양대:석사논문, 1989.