ALU 8 bit với cờ C, V, Z, N
Module cần viết: alu8 · 7 case (2 mẫu) · giới hạn 4 s/case · ~25 phút
ALU (Arithmetic Logic Unit) là trái tim của mọi CPU. Phần khó không nằm ở các phép tính mà ở các cờ: nhớ (C) và tràn có dấu (V) là hai khái niệm hay bị nhầm nhất trong phỏng vấn.
module alu8 (
input logic [7:0] a, b,
input logic [2:0] op,
output logic [7:0] y,
output logic c, // nhớ / mượn / bit bị dịch ra
output logic v, // tràn có dấu (chỉ ADD, SUB)
output logic z, // y == 0
output logic n // y[7]
);| op | Tên | y | c | v |
|---|---|---|---|---|
| 000 | ADD | a + b | nhớ ra khỏi bit 7 | tràn có dấu của a + b |
| 001 | SUB | a − b | mượn: 1 nếu a < b (không dấu) | tràn có dấu của a − b |
| 010 | AND | a & b | 0 | 0 |
| 011 | OR | a | b | 0 | 0 |
| 100 | XOR | a ^ b | 0 | 0 |
| 101 | SHL | a << 1 | a[7] | 0 |
| 110 | SHR | a >> 1 (logic, chèn 0) | a[0] | 0 |
| 111 | SLT | 1 nếu a < b có dấu, ngược lại 0 | 0 | 0 |
Với mọi op: z = (y == 0), n = y[7].
Ví dụ:
200 + 100 = 300→y = 44(8'h2C),c = 1,v = 0(vì −56 + 100 = 44 không tràn).127 + 1→y = 8'h80,c = 0,v = 1.
Mạch tổ hợp; testbench đọc ngõ ra 1 ns sau khi đổi đầu vào.
Các case
- ADD: 3+4, 200+100 (có nhớ), 0+0mẫu
- SUB: 9−4, 4−9 (mượn), 7−7mẫu
Cùng 5 case ẩn kiểm các yêu cầu còn lại của đề. Case ẩn chỉ báo đúng/sai, không nói chi tiết: tự tìm chỗ sai từ đề, hoặc mở gợi ý.
Testbench có mô hình tham chiếu riêng, độc lập với lời giải mẫu. Lời giải mẫu đã chạy qua mọi case trên simulator thật, và 3 bản lỗi mẫu đều bị ít nhất một case bắt. Case mẫu sai sẽ cho biết chỗ sai đầu tiên (giá trị mong đợi so với giá trị nhận được); case ẩn chỉ báo đúng/sai.