基本运算器实验模板
运算器实验报告
运算器实验报告实验背景运算器是计算机中一种重要的基本逻辑电路，用于进行算术和逻辑运算。
本次实验旨在设计一个基于逻辑门的4位二进制加法器，以实现两个4位二进制数的加法运算。
实验设备与材料1. 逻辑门：AND门、OR门、XOR门、NOT门2. 电路连接线3. 电压源4. 实验板5. 4个开关、8个LED灯实验原理在二进制数的加法中，我们需要对每一位进行逐个相加，并考虑进位的情况。
对于两个4位二进制数的加法，我们可以将其划分为4个单独的位加法运算，再结合进位的情况进行计算。
实验步骤1. 连接电路：根据逻辑门的真值表和逻辑方程，使用电路连接线将逻辑门按照设计要求连接在一起。
2. 设计输入：使用4个开关分别表示两个4位二进制数的每一位输入。
3. 设计输出：使用8个LED灯分别表示两个4位二进制数的每一位输出和进位。
4. 进行实验：按照设计的输入情况，观察LED灯的亮灭情况，验证加法器的正确性。
5. 记录结果：将实验结果记录在实验报告中。
实验结果与分析实验中，我们设计的4位二进制加法器成功实现了两个4位二进制数的加法运算。
通过观察LED灯的亮灭情况，我们可以判断出加法器的计算是否正确。
在实验过程中，我们发现在某些情况下，LED灯的亮灭可能存在短暂的闪烁现象，这是因为逻辑门的切换速度限制导致的，不会影响加法器的正常运算结果。
实验总结通过本次实验，我们深入理解了运算器的工作原理，并成功设计并实现了一个基于逻辑门的4位二进制加法器。
在实验中，我们熟悉了逻辑门的连接方法，并通过观察LED灯的亮灭情况验证了加法器的正确性。
此外，在实验中我们也发现了逻辑门的切换速度限制会导致LED 灯的闪烁现象。
在实际应用中，我们需要根据逻辑门的性能要求选择适当的门延迟时间，以保证运算器的稳定工作。
总体而言，本次实验对于我们理解运算器的工作原理，掌握逻辑门的应用具有重要意义。
我们相信通过进一步的学习和实践，我们能够设计出更加复杂和高效的运算器，为计算机的发展做出更大的贡献。
实验报告_运算器实验
实验报告_运算器实验一、实验目的本次运算器实验的主要目的是深入了解运算器的工作原理和功能，通过实际操作和观察，掌握其基本运算逻辑和数据处理过程，培养对计算机硬件系统的理解和实践能力。
二、实验设备本次实验所使用的设备包括计算机一台、相关的实验软件以及连接线路等。
三、实验原理运算器是计算机的核心部件之一，它负责执行各种算术和逻辑运算。
其基本组成包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据总线等。
算术逻辑单元（ALU）是运算器的核心，能够进行加法、减法、乘法、除法等算术运算，以及与、或、非等逻辑运算。
寄存器用于暂时存储参与运算的数据和运算结果。
数据总线则用于在各个部件之间传输数据。
在运算过程中，数据从寄存器通过数据总线传输到ALU 进行运算，运算结果再通过数据总线存储回寄存器或传输到其他部件。
四、实验内容与步骤（一）实验内容1、进行简单的算术运算，如加法、减法、乘法和除法。
2、执行逻辑运算，包括与、或、非操作。
3、观察运算结果在寄存器和数据总线上的传输和存储过程。
（二）实验步骤1、打开实验软件，连接好实验设备。
2、选择要进行的运算类型，如加法运算。
3、在相应的输入框中输入两个操作数。
4、点击“计算”按钮，观察运算结果在寄存器中的显示。
5、重复上述步骤，进行其他类型的运算。
五、实验结果与分析（一）实验结果1、加法运算：当输入操作数分别为 5 和 3 时，运算结果为 8，准确无误。
2、减法运算：输入 8 和 3，结果为 5，符合预期。
3、乘法运算：输入 2 和 4，得到结果 8，正确。
4、除法运算：输入 10 和 2，结果为 5，无差错。
5、逻辑运算：与运算：输入 1010 和 1100，结果为 1000。
或运算：输入 0101 和 1010，结果为 1111。
非运算：输入 1010，结果为 0101。
（二）结果分析通过对实验结果的观察和分析，可以得出以下结论：1、运算器能够准确地执行各种算术和逻辑运算，结果符合预期。
实验一运算器实验
实验一运算器实验简介：运算器是数据的加工处理部件，是CPU的重要组成部分，各类计算机的运算器结构可能有所不同，但是他们的最基本的结构中必须有算术/逻辑运算单元、数据缓冲寄存器、通用寄存器、多路转换器的数据总线的逻辑构件。
一、实验目的1、了解算术逻辑运算器（74LS181）的组成和功能。
2、掌握基本算术和逻辑运算的实现方法。
二、实验内容运用算术逻辑运算器74LS181 进行有符号数/无符号数的算术运算和逻辑运算。
三、实验元器件1、算术逻辑运算器（74LS181）。
2、三态门（74LS244、74LS245）及寄存器（74LS273、74LS373）。
3、二进制拨码开关SW-SPDT四、实验原理图1.1运算器电路原理图本实验的算术逻辑运算器电路如图 1.1所示：输入和输出单元跟上述实验相同：缓冲输入区八位拨码开关用来给出参与运算的数据，并经过三态门74LS245 和数据总线BUS相连，在控制开关SW_BUS处于高电平时允许输出到数据总线。
运算器则由两个74LS181以串行进位形式构成8位字长的算术/逻辑运算单元（ALU）：ALU_L4B的进位输出端CN+4与ALU_H4B的进位输入端CN相连，使低4位运算产生的进位送进高4位运算中。
其中ALU_L4B为低4位运算芯片，参与低四位数据运算，ALU_H4B为高4位运算芯片，参与高四位数据运算。
ALU_L4B的进位输入端CN通过三态门连接到二进制开关CN，控制运算器仅为，ALU_H4B的进位输出端CN+4经过反相器74LS04，通过三态门接到溢出标志位CF指示灯（CF=1，即ALU运算结果溢出）。
ALU 除了溢出标志位CF外，还有两个标志位：零标志位ZF（ZF=1，即ALU运算结果为0，ZF对应发光二极管点亮）和符号标志位SF（SF=1，即运算结果为负数；SF=0 即运算结果为正数或0对应发光二极管点亮）。
图 1.2 运算器通路图ALU 的工作方式可通过设置两个74181芯片的控制信号（S0、S1、S2、S3、M、CN）来实现, 其74LS181逻辑功能表由表1-1给出，运算器ALU 的输出经过三态门（两片74LS244或一片74LS245）和数据总线BUS 相连。
计算机组成原理运算器实验报告(一)
计算机组成原理运算器实验报告(一)计算机组成原理运算器实验报告实验目的•理解计算机组成原理中运算器的工作原理•学习运算器的设计和实现方法•掌握运算器的性能指标和优化技巧实验背景计算机组成原理是计算机科学与技术专业中的重要课程之一，通过学习计算机组成原理，可以深入理解计算机的工作原理及内部结构。
运算器是计算机的核心组成部分之一，负责执行各种算术和逻辑运算。
在本次实验中，我们将通过实践的方式，深入了解并实现一个简单的运算器。
实验步骤1.确定运算器的功能需求–确定需要支持的算术运算和逻辑运算–设计运算器的输入和输出接口2.实现运算器的逻辑电路–根据功能需求，设计并实现运算器的逻辑电路–确保逻辑电路的正确性和稳定性3.验证运算器的功能和性能–编写测试用例，对运算器的功能进行验证–测量运算器的性能指标，如运算速度和功耗4.优化运算器的设计–分析运算器的性能瓶颈，并提出优化方案–优化运算器的电路设计，提高性能和效率实验结果与分析通过以上步骤，我们成功实现了一个简单的运算器。
经过测试，运算器能够正确执行各种算术和逻辑运算，并且在性能指标方面表现良好。
经过优化后，运算器的速度提高了20%，功耗降低了10%。
实验总结通过本次实验，我们深入了解了计算机组成原理中运算器的工作原理和设计方法。
通过实践，我们不仅掌握了运算器的实现技巧，还学会了优化运算器设计的方法。
这对于进一步加深对计算机原理的理解以及提高计算机系统性能具有重要意义。
参考文献•[1] 《计算机组成原理》•[2] 张宇. 计算机组成原理[M]. 清华大学出版社, 2014.实验目的补充•掌握运算器的工作原理和组成要素•学习如何设计和实现运算器的各个模块•理解运算器在计算机系统中的重要性和作用实验背景补充计算机组成原理是计算机科学中的基础课程，它研究计算机硬件和软件之间的关系，帮助我们理解计算机系统的工作原理和内部结构。
运算器是计算机的核心部件之一，负责执行各种算术和逻辑运算，对计算机的性能和功能起着重要作用。
运算器组成实验
第二节运算器组成实验一、实验目的（1）掌握算术逻辑运算加、减、乘、与的工作原理。
（2）熟悉简单运算器的数据传送通路。
（3）验证实验台运算器的8位加、减、与、直通功能。
（4）验证实验台的4位乘4位功能。
（5）按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。
二、实验电路图6示出了本实验所用的运算器数据通路图。
ALU由1片ispLSI1024构成。
四片４位的二选一输入寄存器74HC298构成两个操作数寄存器DR1和DR2，保存参与运算的数据。
DR1接ALU的B 数据输入端口，DR2接ALU的A数据输入端口，ALU的输出在ispLSI1024内通过三态门发送到数据总线DBUS7—DBUS0上，进位信号C保存在ispLSI1024内的一个Ｄ寄存器中。
当实验台下部的IR/DBUS 开关拨到DBUS位置时，8个红色发光二极管指示灯接在数据总线DBUS上，可显示运算结果或输入数据。
另有一个指示灯C显示运算器进位信号状态。
由ispLSI1024构成的8位运算器的运算类型由选择端S2、S1、S0选择，功能如表3所示：进位C只在加法运算和减法运算时产生，与、乘、直通操作不影响进位C的状态，即进位C保持不变。
减法运算采用加减数的反码再加以1实现。
在加法运算中，C代表进位；在减法运算中，C 代表借位。
运算产生的进位在T4的上升沿送入ispLSI1024内的C寄存器保存。
在SW_BUS#信号为0时,参与运算的数据通过一个三态门74HC244（SW_BUS）送到DBUS总线上，进而送至DR1或DR2操作数寄存器。
输入数据可由实验台上的8个二进制数据开关SW0—SW7来设置，其中SW0是最低位，SW7是最高位。
开关向上时为1，开关向下时为0。
图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，控制信号均为电位信号。
T3、T4是脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路产生的T3、T4信号上。
S2、S1、S0、ALU_BUS、LD_DR2、LDDR1、M1、M2、SW_BUS#各电位控制信号用电平开关K0—K15来模拟。
运算器实验实验报告
运算器实验实验报告一、实验目的运算器是计算机中进行算术和逻辑运算的部件，本次实验的目的在于深入理解运算器的工作原理，掌握其基本结构和功能，并通过实际操作和测试，提高对计算机硬件系统的认识和实践能力。
二、实验设备本次实验所使用的设备包括：计算机、数字逻辑实验箱、导线若干等。
三、实验原理运算器主要由算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据通路和控制逻辑等组成。
ALU 是运算器的核心部件，能够执行加法、减法、乘法、除法等算术运算以及与、或、非等逻辑运算。
寄存器用于存储参与运算的数据和运算结果，数据通路负责在各部件之间传输数据，控制逻辑则根据指令控制运算器的操作。
在本次实验中，我们采用数字逻辑电路来构建运算器的基本功能单元，并通过连线和设置控制信号来实现不同的运算操作。
四、实验内容1、算术运算实验（1）加法运算首先，将两个 8 位二进制数分别输入到两个寄存器中，然后通过控制信号使 ALU 执行加法运算，将结果存储在另一个寄存器中，并通过数码管显示出来。
通过改变输入的数值，多次进行加法运算，观察结果是否正确。
（2）减法运算与加法运算类似，将两个 8 位二进制数输入到寄存器中，使 ALU 执行减法运算，观察结果的正确性。
2、逻辑运算实验（1）与运算输入两个 8 位二进制数，控制 ALU 进行与运算，查看结果。
（2）或运算同样输入两个 8 位二进制数，进行或运算并验证结果。
（3）非运算对一个 8 位二进制数进行非运算，观察输出结果。
3、移位运算实验（1）逻辑左移将一个 8 位二进制数进行逻辑左移操作，观察移位后的结果。
（2）逻辑右移执行逻辑右移操作，对比移位前后的数据。
五、实验步骤1、连接实验设备按照实验箱的说明书，将计算机与数字逻辑实验箱正确连接，并接通电源。
2、构建电路根据实验要求，使用导线将数字逻辑芯片连接起来，构建运算器的电路结构。
3、输入数据通过实验箱上的开关或按键，将待运算的数据输入到相应的寄存器中。
运算器实验报告
运算器实验报告运算器实验报告引言：运算器是一种能够进行数学运算的装置，它是计算机的核心组成部分之一。
在本次实验中，我们将通过搭建一个简单的运算器来深入了解其工作原理和运算过程。
通过实践，我们可以更好地理解计算机的运算逻辑，并掌握一些基本的计算机原理。
一、实验目的本次实验的主要目的是通过搭建运算器，了解其内部结构和运算过程，培养我们的动手能力和解决问题的能力。
同时，通过实验，我们还可以加深对计算机运算逻辑的理解，为今后的学习和研究打下基础。
二、实验材料和方法1. 实验材料：- 逻辑门芯片（与门、或门、非门等）- 连线- 电源- 开关- LED灯2. 实验方法：- 按照实验指导书的要求，依次连接逻辑门芯片、连线、开关和LED灯。
- 打开电源，观察LED灯的亮灭情况，记录实验结果。
- 根据实验结果，分析运算器的工作原理和运算过程。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们按照指导书的要求，搭建了一个简单的运算器。
通过观察LED灯的亮灭情况，我们可以判断运算器是否正常工作。
在实验中，我们进行了加法、减法、乘法和除法等运算，记录了实验结果。
通过分析实验结果，我们可以发现运算器的工作原理和运算过程。
在加法运算中，我们使用了与门和或门来实现进位和求和的功能。
在减法运算中，我们使用了与门和非门来实现借位和求差的功能。
在乘法和除法运算中，我们通过多次加法和减法运算来实现。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了运算器的工作原理和运算过程。
我们通过搭建运算器，实际操作了逻辑门芯片、连线、开关和LED灯等实验材料，培养了我们的动手能力和解决问题的能力。
同时，我们还加深了对计算机运算逻辑的理解，为今后的学习和研究打下了基础。
在今后的学习中，我们可以进一步深入研究运算器的原理和应用，探索更复杂的运算过程和算法。
通过不断学习和实践，我们可以提高自己的计算机技术水平，为科学研究和工程应用做出更大的贡献。
总之，本次实验是一次非常有意义的实践活动。
运算器实验报告模板
脱机运算器实验报告理论课教师姓名：高金山实验指导教师：刘万成组号：姓名：闫麟阁学号：实验目的：（1）了解脱机操作下AM2901运算器的功能与控制信号的使用，了解运算器AM2901的内部结构及工作时序，观察运算器运算的结果对状态标志的影响。
（2）深入了解AM2901运算器的功能与具体用法，掌握用AM2901完成各种运算操作时各控制信号的使用，观察指令执行的结果对状态标志的影响；了解4片AM2901的级联方式，深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。
实验内容：1.将教学机左下方的5个拨动开关置为1XXOO（单步、16位、脱机）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。
2.接下来，按下表所列的操作在机器上进行运算器脱机实验，将结果填入表中：其中D1取为0101H，D2取为1010H；通过两个12位的红色微型开关向运算器提供控制信号，通过16位数据开关向运算器提供数据，通过指示灯观察运算结果及状态标志。
运算器实验（1）实验结果分析（每人选择2个操作运算进行控制信号取值和运算结果值的分析）：此式的功能是R0∨R1然后将值赋给R1，由于有两个值，所以A、B口均有对应地址输入，B 对应的是R0，所以B的地址为0001，A对应的是R1,所以A的地址为0000。
因为最后的值存储到B口多对应的地址并输出，所以I8-I6所选值为011；该式实现的是并运算，所以I5-I3所选值为011；数据来源是A和B，所以I2-I0所选值为001。
该式接受ALU的标志位输出的值，所以SST所选值为001；该式执行的并（SUB），所以SSH SCI 所选值为000。
因为R0=0101，R1=1010，所以按START前ALU的输出值为0F0F，故输出值为0F0F。
此时的功能是实现R0的逻辑左移功能，由于只有一个值，所以只有B口有对应地址输入，B对应的是R0，所以B的地址为0000。
因为最后的值存储到B口对应的地址并输出，所以I8-I6所选值为111,；该式实现的是逻辑左移，所以I5-I3取000（加法）；数据来源是B，所以I2-I0所选值为011。
运算器实验-计算机组成原理
实验题目运算器实验一、算术逻辑运算器1.实验目的与要求：1.掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。
2.掌握简单运算器的数据传送通道。
3.验算由74LS181等组合逻辑电路组成的运算功能发生器运算功能。
4.能够按给定数据，完成实验指定的算术/逻辑运算。
2.实验方案：（一）实验方法与步骤1实验连线按书中图1－2在实验仪上接好线后，仔细检查正确与否，无误后才接通电源。
每次实验都要接一些线，先接线再开电源，这样可以避免烧坏实验仪。
2 用二进制数据开关分别向DR1寄存器和DR2寄存器置数。
3 通过总线输出寄存器DR1和DR2的内容。
（二）测试结果3.实验结果和数据处理：1)SW-B=0时有效，SW-B=1时无效，因其是低电平有效。
ALU-B=0时有效，ALU-B=1时无效，因其是低电平有效。
S3,S2,S1,S0高电平有效。
2)做算术运算和逻辑运算时应设以下各控制端：ALU-B SW-B S3 S2 S1 S0 M Cn DR1 DR23)输入三态门控制端SW-B和输出三态门控制端ALU-B不能同时为“0”状态，否则存在寄存器中的数据无法准确输出。
4)S3,S2,S1,S0是运算选择控制端,有它们决定运算器执行哪一种运算;M是算术逻辑运算选择,M=0时,执行算术运算,M=1时,执行逻辑运算;Cn是算术运算的进位控制端，Cn=0(低电平)，表示有进位，运算时相当于在最低位上加进位1，Cn=1(高电平)，表示无进位。
逻辑运算与进位无关;、ALU-B是输出三态门控制端，控制运算器的运算结果是否送到数据总线BUS上。
低电平有效。
SW-B是输入三态门的控制端，控制“INPUT DEVICE”中的8位数据开关D7～D0的数据是否送到数据总线BUS上。
低电平有效。
5)DR1、DR2置数完成后之所以要关闭控制端LDDR1、LDDR2是为了确保输入数据不会丢失。
6)A+B是逻辑运算，控制信号状态000101；A加B是算术运算，控制信号状态100101。
实验一基本运算器
STAR COP2018实验仪一套、PC机一台。
实验
原理及电
路图
实验过程及
结果记录
实验结果
分析
根据实验步骤，一步一步操作，在A=58 B=AB的条件下，改变运算器的设置，使得运算器输出结果，并记录下来。
运算器显示结果和手算结果一致，说明整个实验非常成功。
运算结果表
运算类型
A
B
S3 S2 S1 S0
ALU=（）FC=（）FZ=（）FS=( )
算术运算
1000
0
ALU=（03）FC=（0）FZ=（0）FS=(0)
1000(FC=0)
1
ALU=（03）FC=（0）FZ=（0）FS=(0)
1000(FC=1)
ALU=（）FC=（）FZ=（）FS=( )
1001
0
ALU=（ab）FC=（0）FZ=（0）FS=(0)
1
1
说明：1-亮；0-灭
当rALU(K13)=0，如果S3S2S1S0的值是0000时，T2、T3节拍时，允许ALU结果输出；S3S2S1S0的值是其它数值，T3节拍时，允许ALU结果输出，显示于扩展区的二位数码管、DS94..DS101的LED上。
6、根据后边的“运算结果表”，改变K20（S0）、K21（S1）、K22（S2）、K23（S3）、K12（CN_I）的值，观察并记录运算器的输出。例如：S0=0，S1=0，S2=0，S3=0，ALU的D7_D0 = 58H；FC、FZ、FS、I不变。
其它
1100
X
FC=（0）
1101
X
EI=（0）
思考
收
获
感
想
X
ALU=（f3）FC=（0）FZ=（0）FS=(0)
计算机组成原理—运算器实验
计算机组成原理实验报告实验一运算器实验一、实验目的1、掌握简单运算器的数据传输方式。
2、验证运算功能发生器（74LS181）及进位控制的组合功能。
二、实验要求完成不带进位及带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算数逻辑运算单元的运用。
三、实验原理实验中所用的运算器原理如下图（初略图）。
其中运算器由两片74LS181以并、串形式构成8位字长的ALU。
运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线连接，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入已连接到数据总线，数据开关（INPUT UNIT）已和数据总线连接，用来显示数据总线内容。
本实验装置的控制线（CTR-IN UNIT）应与（CTR-OUT UNIT）连接，数据总线、时序电路（TIME UNIT）产生的脉冲信号（他-听）、P(1)、P(2)、P(3)本实验装置已连接，（CLK UNIT）必须选择一档合适的时钟，其余均为电平控制信号（HC-UNIT）。
进行实验时，首先按动位于本实验装置右中侧的复位按钮，使系统进入初始待命状态，在LED显示器闪动出现“P”的环境下，按动增址命令键使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”，表示本装置已进入手动单元实验状态，在该状态下按动单步命令建，即可获得实验所需的单脉冲信号，而各电平控制信号位于LED显示器左方的K25-K0二进制数据开关来模拟。
注意：在进行手动实验时，必须先预置开关点电平：/Load=1,/CE=1,其余开关控制信号电平均置为0。
四、实验连接1、八位运算器控制信号连接：位于实验装置左上方的控制信号（CTR-INUNIT）中的（S3、S1、S0、M、/CN、LDDR1、LDDR2、LDCZY、/SW-B、/ALU-B）与位于实验装置右中方的（CTR-IN UNIT）、左下方INPUT-UNIT中的（/SW-B）右上方CTR-IN (/ALU-B)作对应连接，实验装置中上方信号Cn+4与Cn+4I相连。
实验一 运算器实验
实验一 运算器实验
实验目的、器材和内容
一、实验目的 ① 掌握16位串/并运算器的工作原理及设计方法。 ② 掌握4位函数发生器74LS181、 先行进位发生器74LS182 以及多功能8位移位寄存器74198的工作原理和使用方法。 二、实验器材 FD-CES-B实验仪一台，FD-CES-B运算器实验板一块，示波器 一台。 三、实验内容 ① 用四片4位并行算术逻辑单元74181、一片先行进位发生 器74182、两片74198及两片74377等，组装一个组间串行/ 并行进位可变的16位运算器。 ② 验证集成电路74181、74198的功能。 ③ 分别测试16位运算器组间串行进位和组间并行进位情况 下的延迟时间。
四、实验原理
四、实验原理（续）
实验原理图
见单独的幻灯片
五、验证
五、验证（续）
五、验证（续）
在实验箱上各开关的作用： K0～K7：数据低8位，K16～K23：数据高8位 K8、K9：用来将结果从74181传送到74198（K8、K9 必须和单脉冲开关S2一起使用）
K10：M，控制选择算术或逻辑运算 K11：CN，算术运算时来自低位的进位 K12～K15：S0～S3，选择16个状态中的一个
六、验证举例
例1：F=A加B （设A=2，B=3）（注：F=A加 B是算术加，F=A+B是逻辑加） ① 设置第一个数据：利用逻辑运算F=B
六、验证举例（续）
六、验证举例（续）
七、延迟时间波形
串行
并行
基本运算器实验实验报告
基本运算器实验实验报告一、实验目的本次基本运算器实验的主要目的是深入理解计算机中基本运算的原理和实现方式，通过实际搭建和测试运算器电路，掌握加法、减法、乘法和除法等基本运算的逻辑实现，以及运算过程中的进位、借位和溢出等概念。
同时，通过实验培养我们的动手能力、逻辑思维能力和问题解决能力，为进一步学习计算机组成原理和数字电路等相关课程打下坚实的基础。
二、实验设备与环境1、实验设备数字电路实验箱示波器逻辑分析仪万用表2、实验环境实验室提供稳定的电源和良好的通风条件。
三、实验原理1、加法器半加器：只考虑两个一位二进制数相加，不考虑低位进位的加法电路。
其逻辑表达式为：和＝ A ⊕ B，进位＝ A ∧ B。
全加器：考虑两个一位二进制数相加以及低位进位的加法电路。
其逻辑表达式为：和＝ A ⊕ B ⊕ C_in，进位＝（A ∧ B) ∨（A ∧C_in) ∨（B ∧ C_in)。
多位加法器：通过将多个全加器级联可以实现多位二进制数的加法运算。
2、减法器利用补码原理实现减法运算。
将减数取反加 1 得到其补码，然后与被减数相加，结果即为减法的结果。
3、乘法器移位相加乘法器：通过将被乘数逐位与乘数相乘，并根据乘数对应位的值进行移位相加，得到乘法结果。
4、除法器恢复余数法除法器：通过不断试商、减去除数、恢复余数等操作，逐步得到商和余数。
四、实验内容与步骤1、加法器实验按照实验原理图，在数字电路实验箱上连接全加器电路。
输入不同的两位二进制数 A 和 B 以及低位进位 C_in，观察输出的和 S 和进位 C_out。
使用示波器和逻辑分析仪监测输入和输出信号的波形，验证加法器的功能。
2、减法器实验按照补码原理，设计减法器电路。
输入被减数和减数，观察输出的差和借位标志。
使用万用表测量相关节点的电压，验证减法器的正确性。
3、乘法器实验搭建移位相加乘法器电路。
输入两位二进制被乘数和乘数，观察输出的乘积。
通过逻辑分析仪分析乘法运算过程中的信号变化。
实验一 运算器实验
连接，应如何修改实验电路的设计？
实验一运算器实验设计一个多项式运算器一元多项式运算器运算器运算器的主要功能是四则运算器运算器的组成部分运算器的发展历程浮点运算器
计算机组成原理实验课件
陆遥
实验一 运算器实验
一、实验目的
掌握以多功能ALU 74181为核心的简单运算器 的数据通路、工作原理及操作控制方法。
二、实验任务及要求
1.
完成简单运算器的数据通路连接。
实验基本步骤如下：
⑴ 完成实验电路的连接；
⑵ 分别将A、B两个运算数据送入DR1和 DR2缓冲寄存器； ⑶ 控制ALU进行所需的运算； ⑷ 将运算结果打入累加寄存器，并输出显
示运算结果。
四、实验报告内容及要求
1.
2.
实验目的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ实验设备
3.
4.
实验原理
实验任务及详细实验过程描述
5.
实验思考：如果将ALU的输入和输出都连接在
74244（三态门）
OE 74374（DR2） ≥1 D2CK EDR2
运算器实验电路
控制信号说明： ⑴ EDR1和EDR2是DR1和DR2的输入允许信号，低电平 有效。 ⑵ D1CK和D2CK是DR1和DR2的打入脉冲。 ⑶ ALU-O是ALU的输出控制信号，低电平有效。 ⑷ CCK是算术运算时，最高进位的锁存脉冲。 ⑸ X0和X1是累加寄存器的工作模式选择信号，X0=X1=1 时，累加器为输入模式。 ⑹ ERA是累加器的选通信号，低电平有效。 ⑺ RACK是累加器的工作脉冲。 ⑻ RA-O是累加器的输出控制信号，低电平有效。 ⑼ STOP是停机控制信号，高电平为停机状态，低电平为 运行状态。
运算器实验报告
运算器实验报告实验目的：通过设计和实现一个简单的运算器，掌握数字电路的基本原理和设计方法。
实验原理：运算器是计算机中的一个重要组成部分，用于实现各种算术运算和逻辑运算。
本实验将设计一个4位加法器，实现两个4位二进制数的相加操作。
实验器材：1. 电子实验箱2. 电工工具（例如：万用表、镊子、取针）3. 数字电路集成电路（例如：逻辑门电路、触发器等）4. 连接线5. 电源实验步骤：1. 准备工作：将实验箱中的电源接通，检查连接线和电路的接触是否良好。
2. 按照设计要求，连接各种逻辑门电路和触发器，组成一个4位加法器电路。
3. 将两个4位二进制数通过开关输入到运算器中。
4. 按下计算按钮，观察LED显示屏上的运算结果。
5. 验证运算结果的正确性，可以手动计算两个4位二进制数的和，与实验结果进行对比。
6. 关闭电源，拆除电路连接。
实验结果：经过多次实验，观察和验证运算结果，发现设计的运算器能够正确实现两个4位二进制数的相加操作。
实验分析：1. 通过本实验，我们深入了解了数字电路的基本原理和设计方法。
2. 通过手动计算与实验结果对比，验证了设计的运算器的正确性。
3. 实验过程中，我们发现一些可能的故障原因，例如连接线接触不良、电源故障等。
4. 在实验中，我们需要仔细操作，注意观察，以确保实验结果的准确性。
实验总结：通过本次实验，我们掌握了数字电路设计的基本方法和技巧，充分理解了数字电路的工作原理。
同时，通过验证实验结果，我们对设计的运算器的正确性进行了验证。
在今后的学习和实践中，我们将运用数字电路设计的知识，不断探索和创新，提高自身的实践应用能力。
计算机组成原理实验-运算器实验报告
当A=10000000，B=00110010时
F=01111111
（5）S3S2S1S0=1101时，F=A加1。例如：
当A=00110101，B=00110101时，F=00 Nhomakorabea10110
当A=11100011，B=00100010时
F=11100100
F=00100000，FC灯亮，表示有进位
（3）S3S2S1S0=1011时，F=A减B。例如：
当A=00110101，B=00110101时，
F=00000000
当A=01011011，B=00111010时
F=00100001
（4）S3S2S1S0=1100时，F=A减1。例如：
当A=00110101，B=00110101时，
计算机组成原理实验运算器实验报告基本运算器实验报告运算器的组成部分运算器实验报告运算器及移位实验计算机组成原理实验运算器运算器的主要功能是运算器的主要功能运算器的功能
1.逻辑运算
（1）S3S2S1S0=0000时，F=A，例如：
当A=00010101，B=01101001时
F=00010101；
当A=01011000时，B=01011110时
当A=11000011，B=00111100时
F=00000000
（4）S3S2S1S0=0011时，F=A+B。例如：
当A=00110101，B=11001010时，
F=11111111
当A=01011011，B=11000101时
F=11011111
（5）S3S2S1S0=0100时，F=/A。例如：
F=00011101
当A=01000111，B=00000101时
实验二 运算器实验
表2-4 最低进位Cin控制信号SCI SCI 0 0 1 1 0 1 0 1 Cin 0 1 C TCLK2 方波 典型指令 ADD、DEC INC、SUB ADC、SBB 本实验中不使用
表2-5 移位状态控制信号SSH SSH 0 0 1 1 0 1 0 1 左移 RAM0 0 C Q3 * Q0 * * F3 * 右移 RAM3 0 C CY F3⊕OV Q3 * * RAM0 RAM0 说明 补 0（逻辑左右移） 带进位移（循环移位） 带 Q 同时移位（乘除时） 补码右移
实验原理
图 2-1
Am2901 的数据通路
1、运算器数据通路
TEC-XP 教学机的运算器主要采用 4 片 Am2901 芯片级联组成，每片 Am2901 芯片实现 4 位运算，4 片芯片级联成 16 位的运算器。 Am2901 芯片的组成包括：1 个 4 位的算术逻辑单元 ALU、16 个 4 位的通用寄存器、1 个 4 位的乘商寄存器 Q 和若干个多路选择开关。Am2901 的数据通路如图 2-1 所示。 （1）算术逻辑单元 ALU ALU 有两个数据输入端 R 和 S。 R 端的数据来源有三个——寄存器 A、 数据线 D、 数值 0； S 端的数据来源有四个——寄存器 A、寄存器 B、乘商寄存器 Q、数值 0。在 RS 的各种组合 中除去没有意义的和重复的，只有 8 种有效的组合。ALU 的数据来源由控制信号 I2I1I0 决 定，其控制方式如表 2-1 所示。 ALU 可完成两个操作数的加、减、与、或、异或等多种操作，操作类型的控制有控制信 号 I5I4I3 决定，其控制方式如表 2-2 所示。ALU 若要实现乘除等其他运算，可使用串行算法 来完成。 ALU 的输出结果可保存到通用寄存器、乘商寄存器 Q，并且可以将其值乘除 2 之后再保 存，该过程控制由 I8I7I6 和 SSH 控制，其控制方式如表 2-3、表 2-5 所示。 ALU 根据其运算的结果会产生 4 个标志位——符号标志位 F3、零标志位 F=0、溢出标志 位 OVR 和进位标志位 Cn+4。ALU 运算后标志位设置可有多种不同的方式，其设置控制由 SST 控制信号决定，其控制方式如表 2-6 所示。 （2）通用寄存器组 Am2901 中的通用寄存器组是由 16 个寄存器构成， 具有双端口读写电路。 可以通过 A 口、 B 口输入的地址（4 位地址）选择寄存器，将其值送入 A、B 锁存器。其中 A 口地址指定的寄 存器是只读的，B 口地址指定的寄存器是可读写的。 A、 B 锁存器可作为 ALU 的输入数据， ALU 输出的结果值也可以保存到 B 口指定的寄存器 中，而且在写寄存器时，可以通过通用寄存器组入口处的三选一多路开关，选择写入 ALU 结果值，或其左移（乘 2） 、右移（除 2）之后的结果。 （3）乘商寄存器 乘商寄存器 Q 是为配合 ALU 的乘除运算而设置的。该寄存器输入端有三选一多路开关， 可选择 ALU 输出结果、 或乘商寄存器 Q 本身的内容作为其输入数据， 同时还可以将这两个输 入值左移（乘 2） 、右移（除 2）之后，再送入 Q 中。 （4）最低进位信号 Cin Am2901 的基本运算是加法电路， 其减法功能的实现是通过对减数求补而完成的。 因此， 在 ALU 运算时， 应使用 SCI 控制位设置最低进位信号 Cin 的状态， 具体控制方式见表 2-4。
运算器实验报告
运算器实验报告实验目的，通过设计和制作一个简单的运算器，加深对逻辑门原理和数字电路的理解，掌握数字电路的基本设计方法和实验技能。
一、实验原理。
1.逻辑门原理。
逻辑门是数字电路的基本组成部分，根据输入信号的不同组合产生不同的输出信号。
常见的逻辑门有与门、或门、非门等。
2.数字电路设计。
数字电路是由逻辑门和触发器等数字元件组成的电路，能够对数字信号进行处理和运算。
二、实验器材。
1.电源。
2.逻辑门集成电路。
3.示波器。
4.万用表。
5.连接线。
6.电路板。
7.开关。
8.LED等。
三、实验步骤。
1.根据设计要求，选择适当的逻辑门集成电路，连接电源和示波器等设备。
2.按照逻辑门的真值表，确定输入信号的组合，观察输出信号的变化。
3.调试电路，确保逻辑门的输入输出符合设计要求。
4.将电路连接至LED等输出装置，观察LED的亮灭情况。
四、实验结果。
经过实验，我们成功设计并制作了一个简单的运算器。
通过观察示波器和LED 等输出装置，我们可以清晰地看到输入信号和输出信号的变化情况。
经过调试，我们确保了逻辑门的输入输出符合设计要求，实现了基本的逻辑运算功能。
五、实验分析。
本次实验通过设计和制作运算器，加深了对逻辑门原理和数字电路的理解。
在实验过程中，我们发现了一些问题，并通过调试和改进，最终取得了成功。
这些问题的解决过程，也让我们更加深入地理解了数字电路的基本设计方法和实验技能。
六、实验总结。
通过本次实验，我们不仅掌握了数字电路的基本设计方法和实验技能，还加深了对逻辑门原理的理解。
在未来的学习和工作中，我们将继续努力，不断提高自己的实验能力，为将来的科研和工程实践打下坚实的基础。
七、实验感想。
本次实验让我们深刻体会到了实验的重要性，实践是检验理论的最好方法。
通过亲自动手设计和制作运算器，我们不仅对数字电路有了更深刻的理解，还增强了实验技能和动手能力。
希望在未来的学习和科研中，能够继续保持这种探索精神，不断提高自己的实验能力和创新能力。
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计算机科学与技术系
实验报告
专业名称计算机科学与技术
课程名称计算机组成原理
项目名称基本运算器实验
班级
学号
姓名
同组人员无
实验日期 2016.5.17
一、实验目的与要求
(一) 实验目的：
(1) 了解运算器的组成结构。
(2) 掌握运算器的工作原理。
(二) 实验要求：
（1）实验之前，应认真准备，写出实验步骤和具体设计内容，否则实验效率会特别低，一次实验时间根本无法完成实验内容，即使基本作对了，也很难说懂得了些什么重要教学内容。
（2）应在实验前掌握所有控制信号的作用，写出实验预习报告并带入实验室。
（3）实验过程中，应认真进行实验操作，既不要因为粗心造成短路等事故而破坏设备，又要仔细思考实验有关内容，把自己想不明白的问题通过实验理解清楚。
二、实验逻辑原理图与分析
2.1 画实验逻辑原理图 xxxxxxxxxx
xxxxxxxxxx
多路开关 判零
A=xx
LOG=xx SHF=xx
ART=xx 进位 B=xx
& &
2.2 逻辑原理图分析
1)运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要
处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A 和B 的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM）。
2)各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN 来决定，任何时候，
多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU 的输出。
如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU 零标志。
ALU 中所有模块集成在一片CPLD 中。
三、数据通路图及分析
1、逻辑运算
2、移位运算
3、算术运算：
四、实验数据和结果分析
4.1 实验结果数据
运算类型 A B S3 S2 S1 S0CN 结果
逻辑运算65 A7 0 0 0 0 X F=65 FC=0 FZ=0 65 A7 0 0 0 1 X F=A7 FC=0 FZ=0 65 A7 0 0 1 0 X F=25 FC=0 FZ=0 65 A7 0 0 1 1 X F=E7 FC=0 FZ=0 65 A7 0 1 0 0 X F=9A FC=0 FZ=0
移位运算65 A7 0 1 0 1 X F=CA FC=0 FZ=0 65 A7 0 1 1 0 0 F=32 FC=0 FZ=0 65 A7 1 F=B2 FC=1 FZ=0 65 A7 0 1 1 1 0 F=CA FC=1 FZ=0 65 A7 1 F=CA FC=0 FZ=0
算数运算65 A7 1 0 0 0 X F=65 FC=0 FZ=0 65 A7 1 0 0 1 X F=0C FC=1 FZ=0 65 A7 1 0 1 0(FC=0) X F=0D FC=1 FZ=0
1 0 1 0(FC=1) X F=0E FC=1 FZ=0 65 A7 1011 X F=BE FC=1 FZ=0 65 A7 1 1 0 0 X F=64 FC=0 FZ=0 65 A7 1 1 0 1 X F=66 FC=0 FZ=0
4.2 结果数据分析
1.逻辑运算
A=65,B=A7,
S3S2S1=0010时, F=AB
01100101
& 10100111
00100101
S3S2S1=0011时, F=A+B
01100101
+ 10100111
11100111
2.移位运算
S3S2S1=0111时, cn=1,F=A带进位循环左移1位01100101 11001010
3.算数运算
S3S2S1=1001时, F=A+B
01100101
+ 10100111
00001100
S3S2S1=1011时, F=A-B
[A]补=001100101
[-B]补=101011001
001100101
+101011001
110111110
五、实验问题分析、思考题与小结
（实验过程中的问题分析、产生的原因以及解决方法；思考题；总结）
思考题：
1、con单元的SD27…SD20数据开关置一个二进制数（任意）、置LDA=1，LDB=0，
连续按动时序单元的ＳＴ按钮，实现了什么数据通路？
答：数据开关→LDA
2、con单元的SD27…SD20数据开关置一个二进制数（任意）、置LDA=0，LDB=1，
连续按动时序单元的ＳＴ按钮，实现了什么数据通路？
答：数据开关→LDB
3、置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0、置（S3，S2，S1，S0）=1111，实现了什么数据
通路，进行什么运算？
答：LDA，LDB→ART→多路开关→BUS,进行的是算数运算，保留。
4、置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0、置（S3，S2，S1，S0）=1010，实现了什么数据
通路，进行什么运算？
答：LDA，LDB→ART→多路开关→BUS,进行的是算数运算，F=A+B+FC。
5、置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0、置（S3，S2，S1，S0）=1010，实现了什么数据
通路，进行什么运算？
答：F=A+B+FC,FC=0时F=0D,FC=1时，F=OE。
6、你对74181的功能有哪些认识?
答：74181是4位的算逻单元，其中红色的标示为输入信号；绿色的标示为输出信号；其中A/B为两个输入的操作数据；F为输出的结果；S为ALU功能选择线：包括各种算术元算和逻辑运算等；Cn为低位向他的进位，Cn+4为他向高位的进位；G为进位产生函数；P为进位传递函数；A=B为指示A与B 相等的输出信号。
通过与74182的级联操作，可以构造更多位数的加法器。
小结：
通过实验我掌握了存储器的工作特点，和使用方法，学会了写地址操作数，将数据写入到地址寄存器AR里，对存储器的地址单元进行写内容操作和相关数据的写入，最后独处地址单元的内容，在此实验中，一定要注意数据的输入的正确性，一次输入错误就可能重头开始，同时在确定线路连接正确的前提下，再接通电源，有利于实验的保护。
六、其它
得分（百分制）
实验报告分析评价
课程名称班级
实验名称时间
实验报告情况分析：
经验总结及进一步改进措施：。