组成原理实验二 运算器的实验
计算机组成原理实验报告
实验一：数字逻辑——交通灯系统设计子实验1：7 段数码管驱动电路设计（1）理解利用真值表的方式设计电路的原理；（2）利用Logisim 真值表自动生成电路的功能，设计一个 7 段数码管显示驱动。
二、实验方案设计7 段数码管显示驱动的设计方案：（1）输入：4 位二进制（2）输出：7 段数码管 7 个输出控制信号（3）电路引脚：（4）实现功能：利用 7 段数码管显示 4 位二进制的 16 进制值（5）设计方法：由于该实验若直接进行硬件设计会比较复杂，而7 段数码管显示的真值表较容易掌握，所以我们选择由真值表自动生成电路的方法完成该实验。
先分析设计 7 段数码管显示驱动的真值表，再利用Logisim 中的“分析组合逻辑电路”功能，将真值表填入，自动生成电路。
（6）真值表的设计：由于是 4输入 7输出，真值表共有 16 行。
7输出对应 7个引脚，所以需要依次对照LED 灯的引脚顺序进行设计，如下图所示（注意LED 的引脚顺序）：三、实验步骤（1）在实验平台下载实验框架文件RGLED.circ；（2）在Logisim 中打开RGLED.circ 文件，选择数码管驱动子电路；（3）点击“工程”中的“分析组合逻辑电路”功能，先构建4输入和7输出，再在“真值表”中，将已设计好的真值表的所有数值仔细对照着填入表格中，确认无误后点击“生成电路”，自动生成的电路如下图所示：（4）将子电路封装为如下形式：（5）进行电路测试：·自动测试在数码管驱动测试子电路中进行测试；·平台评测自动测试结果满足实验要求后，再利用记事本打开RGLED.circ 文件，将所有文字信息复制粘贴到Educoder 平台代码区域，点击评测按钮进行测试。
四、实验结果测试与分析（1）自动测试的部分结果如下：（2）平台测试结果如下：综上，本实验测试结果为通过，无故障显示。
本实验的关键点在于：在设计时需要格外注重LED 灯的引脚顺序，保证0-9 数字显示的正确性，设计出正确的真值表。
组成原理实验课件--运算器
31
教学机运算器控制信号汇总
数据组合（ I2 I1 I0 ）
3位
功能代码（ I5 I4 I3 ）
3位
结果处理（ I8 I7 I6 ）
3位
A口地址
4位
B口地址
4位
状态寄存器接收信号（SST） 3位
移位控制信号（SSH）
和最低位进位控制信号（SCI） 3位
23位
32
16 位运算器的完整组成
SST
C
Z
其输出为 F，两路输 入为 S、R，最低位 进位Cn，4个状态输 出信号如图所示
12
B锁存器 A锁存器
B 16个 A A口地址 通用寄存器 B口地址 （写入）
三选一
RAM3
RAM0
也可称为移位器
该寄存器组的写入，只能用B 地址实现，写入数 据是ALU的输出经三选一门（移位器）送到寄存 器组的输入端。移位器可执行直送、左移一位、 右移一位的操作，使加减等运算和移位操作可在 同一操作步骤中完成。
片间高A速m进29位02用 Am2902
Cin
Cn+z Cn+y Cn+x
Y7~4
/G
/P
Y3~0
Am2901
Am2901
低位
RAM0
Am2901
Q0
D11~8
D7~4
D3~0
22
Am2901完成功能需要的控制信号
数据组合（ I2 I1 I0 ） 功能代码（ I5 I4 I3 ） 结果处理（ I8 I7 I6 ） A口地址 B口地址 最低位进位控制信号（SCI） 移位控制信号（SSH） 状态寄存器接收信号（SST）
V
S
1
0
实验二 运算器实验
南京工程学院计算机工程学院计算机组成与结构实验报告书实验学生班级 K网络工程121实验学生姓名王云峰学号 240121525实验地点信息楼A115实验二运算器实验同组同学李翔240121515（合作小组朱赛杰240121533）实验日期 11月27日实验仪器号 TEC-XP+14S022一、实验目的1．加深对Am2901运算器内部组成的了解, 掌握四片Am2901芯片间的连接关系, 以及它与有关外部逻辑电路的连接关系。
2．准确把握该运算器的控制与使用, 即掌握其运算与操作功能, 以及正确地为其提供全部控制信号及有关数据的手段与技术。
3．初步了解运算器在计算机整机中的作用。
二、实验内容1．脱机方式下运算器的控制及运行设计控制信号序列，在脱机方式实现给定程序段的功能。
记录按压START 前后的ALU的运算结果和状态标志。
2．联机方式下运算器的控制及运行在联机方式下，汇编并单步执行给定程序段，查看并记录每条指令执行后的运行结果。
使用指令的单步骤执行方式，观察与运算器相关的控制信号的状态。
三、实验步骤与结果脱机的运算器实验，在教学实验中实现如下7项操作功能：预期功能实现方案R0 ←1234 数据开关拨1234，B地址给0，D+0，结果送B口选的R0R9 ←789F 数据开关拨789F，B地址给9，D+0，结果送B口选的R9 R9 ←R9-R0 B地址9，A地址给0，最低位进位给1，B-A，结果送B 口选的R9R0 ←R0+1 B地址给0，最低位进位给1，B+0，结果送B口选的R0 R10←R0 B地址给A，A地址给0，A+0，结果送B口选的R10逻辑右移在有了预期功能和实现方案之后，要解决的具体问题，就是依据教学计算机的简明操作卡中的有关表格中规定的内容，找出实现每一操作功能要用到的控制码。
请把表2-3中各组控制信号的正确的取值填写在相应位置，然后把运行结果的状态信息填入表2-4。
思考题：执行R0+1时，为什么输出Y15-Y0为1234，而不是1235？左右移位时，是通用寄存器本身移位，还是它与Q寄存器联合移位是怎么区分的？最高、最低位的移位输入信号是怎么给出的？C在移位中有什么作用？联机的运算器实验，改用教学计算机的指令实现上述脱机运算器实验完成的功能。
计算机组成原理运算器实验
实验一运算器实验计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由CPU中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件ALU。
本章首先安排一个基本的运算器实验，了解运算器的基本结构，然后再设计一个加法器和一个乘法器。
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、实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
三、实验原理本实验的原理如图1-1所示。
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），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。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。
移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-2所示。
图中显示的是一个4×4的矩阵（系统中是一个8×8的矩阵）。
每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。
(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。
例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。
(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。
使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。
D[7..0]IN[7..0]图1-1 运算器原理图运算器部件由一片CPLD实现。
《计算机组成原理》运算器实验报告(总结报告范文模板)
《计算机组成原理》运算器实验报告实验目录：一、实验1 Quartus Ⅱ的使用（一）实验目的（二）实验任务（三）实验要求（四）实验步骤（五）74138、74244、74273的原理图与仿真图二、实验2 运算器组成实验（一）实验目的（二）实验任务（三）实验要求（四）实验原理图与仿真图三、实验3 半导体存储器原理实验（一）实验目的（二）实验要求（三）实验原理图与仿真图四、实验4 数据通路的组成与故障分析实验（一）实验目的（二）实验电路（三）实验原理图与仿真图五、本次实验总结及体会：一、实验 1 Quartus Ⅱ的使用（一）实验目的1.掌握Quartus Ⅱ的基本使用方法。
2.了解74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。
3.利用Quartus Ⅱ验证74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。
（二）实验任务1、熟悉Quartus Ⅱ中的管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。
2、新建项目，利用原理编辑方式输入74138、74244、74273的功能特性，依照其功能表分别进行仿真，验证这三种期间的功能。
（三）实验要求1.做好实验预习，掌握74138、74244、74273的功能特性。
2.写出实验报告，内容如下：（1）实验目的；（2）写出完整的实验步骤；（3）画出74138、74244和74273的仿真波形，有关输入输出信号要标注清楚。
（四）实验步骤1.新建项目：首先一个项目管理索要新建的各种文件，在Quartus Ⅱ环境下，打开File，选择New Project Wizard后，打开New Project Wizard：Introduction窗口，按照提示创建新项目，点击“Next”按钮，再打开的窗口中输入有关的路径名和项目名称后，按“Finish”按钮，完成新建项目工作。
2.原理图设计与编译：原理图的设计与编译在Compile Mode（编译模式）下进行。
2.1．新建原理图文件打开File菜单，选择New，打开“新建”窗口。
计算机组成原理运算器实验
实验一运算器实验计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由CPU中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件ALU。
本章首先安排一个基本的运算器实验，了解运算器的基本结构，然后再设计一个加法器和一个乘法器。
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、实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
三、实验原理本实验的原理如图1-1所示。
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），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。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。
移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-2所示。
图中显示的是一个4×4的矩阵（系统中是一个8×8的矩阵）。
每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。
(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。
例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。
(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。
使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。
D[7..0]IN[7..0]图1-1 运算器原理图运算器部件由一片CPLD实现。
计算机组成原理实验二
Vcc
右移门
4.ALU左移输出原理图
数据输出选择器输出信号L_OE
左移门
当CN=1 Cy 移入DBUS0 当CN=0 0 移入DBUS0
二. 实验任务
1. 计算37H＋56H后左移一位的值送OUT 输出。 2. 把36H取反后同54H相与的值送入R1 寄存器。
三. 实验过程举例（1）
例：实验任务：输出ACH－BDH的值(用外部输入门IN进行数据输入) 1. 实验箱没有一条微命令能完成这个操作任务。所以要考虑一个微命令序 列——微程序来完成任务。故先把任务分解成有微命令对应的基本操作，并有序 排列这些基本操作。 2. 选择基本操作：由背景知识1，可以选用“A－W”微命令；这要求先把值 ACH送入寄存器A，值BDH送入寄存器W；题意没有要求对运算结果做进一步处 理，所以直通门D中保存的值是计算结果；把D的值送OUT寄存器输出。
控制电键
k9
k8
k7Leabharlann k6k4k3k2
k1
k0
被控对象
OUTEN
X2 X1 X0
S2
S1
S0
WEN
AEN
三. 实验过程举例（2）
第三步、实验：
① 注视仪器，打开电源，手不要远离电源开关，随时准备关闭电源， 注意各数码管、发光管的稳定性，静待10秒，确信仪器稳定、无焦糊味。
② 设置实验箱进入手动模式。 ③ ACH送入寄存器A。X2x1x0(k8k7k6)=000，AEN(k0)=0， k23-k16=10101100 按下STEP键数值打入A寄存器。 ④ BDH送入寄存器W。方法同上。 ⑤ 计算A－W：按“运算器选择表”置：k4k3k2=001；
计算机组成原理实验课程
实验二 运算器实验
计算机组成原理运算器实验报告
计算机组成原理运算器实验报告本次实验的主题为计算机组成原理运算器实验。
在本次实验中，我们通过对运算器的实验进行研究和探究，了解了计算机组成原理方面的相关知识，更加深入地认识了计算机的运作原理。
一、实验目的本次实验的目的是使学生掌握运算器的组成和运算过程，并且了解运算器在计算机中的位置和给计算机的工作。
二、实验原理1、硬件部分运算器是一种计算机硬件，可以进行算术和逻辑运算。
运算器包含一个算术逻辑单元（ALU），一个累加器和一些寄存器。
运算器可以在CPU 中实现简单的算术操作。
运算器由三部分组成：算术逻辑单元（ALU）、寄存器和累加器。
ALU 是计算机CPU中负责完成算术和逻辑运算的部分；寄存器是计算机中用来暂时存放数据的小型存储器，它是CPU中数据存储的主要形式；累加器是CPU中的一种特殊寄存器，在运算过程中用于存储运算结果。
2、软件部分计算机编程中常常涉及到算术和逻辑运算，进行这些运算的方法是在程序中调用运算器中的算术逻辑单元（ALU）。
ALU是计算机CPU中负责完成算术和逻辑运算的部分，用于进行各种算术和逻辑运算，如加、减、乘、除、与、或、非、移位等。
三、实验过程— 1 —本次实验的实验步骤如下：1、打开实验设备，将电源线插进插座，将设备的开关打开，在设备前方的显示器上能够看见下划线。
2、按下NORM键，增益调整。
将x的值设置为“0011”，将y的值设置为“1101”。
3、操作者可以选择不同的操作符。
例如选择ADD操作，将其输入。
4、按下RUN键，运算器开始计算。
5、运算结束后，在屏幕上将显示运算结果。
本例中，结果为“1000”。
四、实验结果与分析在本次实验中，我们利用运算器实现了不同运算的计算过程，并且也成功地输出了运算结果。
这一过程与计算机组成原理中的运算器的定义、作用及组成都有密切的关系。
在本次实验中，我们也进一步加深了对计算机组成原理中该重要部分的理解。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了运算器在计算机中的作用及其实现方法。
计算机组成原理实验2
表6-1 累加器A使用法
图6-2是累加器A判零线路
图6-2 累加器A判零线路
此线路利用内存模块中的与门7411(U21) 对或非门7427(U22)的三个输出组合，产生 ZD信号。ZD为1表示累加器A当前的内容为 零。当ZC电平正跳时ZD状态被存人触发器 7474(U19)，信号Z是它的输出。
图6-3是进位发生线路
计算机提供了一系列功能模块，这里逐一 介绍它们的组成和使用。
6.2 运算器模块
运算器模块(ALU)主要由累加器A(74198)运算器 ALU(74181x2)、累加器暂存器ACT(74377)、暂 存器TMP(74373)、输出缓冲器BUFFER(74245)， 以及进位产生线路、累加器判零线路等构成。
运算器模块上的开关KA、KB、KC以及寄存器堆 模块上的开关KR的不同组合，决定了实验计算机的 运算器结构。
从理论上讲， KA、KB、KC和KR可有16种不同 组合，但有实际逻辑意义的组合为以下几种(L表示 置左、R表示置右): (1).KA、KB、KC 、KR置为R、L、L、R，这种组 合的运算器结构如图6-5(a)。如果不使用寄存器堆， 则它简化为如图6-5(e)。
IR2(U10)是三态输出的8位寄存器。当它的接 数控制脉冲端CL出现电平正跳变时接数，当它的输 出控制OI为低电平输出，OI为高电平时IR2输出呈 高阻。
【免费下载】计算机组成原理实验 加减法运算器设计
计算机组成原理与汇编语言实验报告实验二: 加减法运算器的设计与实现专业班级：xxxxxxxxxx学号：xxxxxxx 姓名：xxx学号：xxxxxxx 姓名：xxx实验地点：实验时间：实验二加减法运算器的设计一、实验目的1、理解加减法运算器的原理图设计方法2、掌握加减法运算器的VERILOG语言描述方法3、理解超前进位算法的基本原理4、掌握基于模块的多位加减运算器的层次化设计方法5、掌握溢出检测方法和标志线的生成技术6、掌握加减运算器的宏模块设计方法二、实验任务1、用VERILOG设计完成一个4位行波进位的加减法运算器，要求有溢出和进位标志，并封装成模块。
模块的端口描述如下：module lab2_RippleCarry 宽度可定制（默认为4位）的行波进位有符号数的加减法器。
#(parameter WIDTH=4)( input signed [WIDTH-1:0] dataa,input signed [WIDTH-1:0] datab,input add_sub, // if this is 1, add; else subtractinput clk,input cclr,input carry_in, //1 表示有进位或借位output overflow,output carry_out,output reg [WIDTH-1:0] result)2、修改上述运算器的进位算法，设计超前进位无符号加法算法器并封装成模块。
模块的端口描述如下：module lab2_LookaheadCarry // 4位超前进位无符号加法器(input [3:0] a,input [3:0] b,input c0,//carry_ininput clk,input cclr,output reg carry_out,output reg [3:0]sum);3、在上述超前进位加法运算器的基础上，用基于模块的层次化设计方法，完成一个32位的加法运算器，组内超前进位，组间行波进位。
计算机组成原理全部实验
（2）LDDR1：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1，高电平有效。
（3）LDDR2：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2，高电平有效。
（4）S3，S2，S1，S0：确定执行哪一种算术运算或逻辑运算（运算功能表见附录1或者课本第49页）。
（5）M：M＝0执行算术操作；M＝1执行逻辑操作。
X
X
1
0
0
1
AAH
AAH
↑
向DR1送数
X X X X
X
X
0
1
0
1
55H
55H
↑
向DR2送数
0 0 0 0
0
1
0
0
1
0
XXH
AAH
算术运算
0 0 0 0
0
0
0
0
1
0
XXH
ABH
算术运算
0 0 0 0
1
X
0
0
1
0
XXH
55H
逻辑运算
0 0 0 1
0
1
0
0
1
0
XXH
FFH
算术运算
0 0 0 1
0
0
0
0
1
0
5．不管是手动方式还是系统方式，31个按钮开关初始状态应为“1”即对应的指示灯处于发光的状态。
6．位于UPC UNIT区的J1跳线开关应在右侧状态。
说明：开关AL－BUS；SW－BUS标识符应为“/AL-BUS;/SW-BUS”
注意事项：
AL－BUS；SW－BUS不能同时按下；因为同时按下会发生总线冲突，损坏器件。
1
计算机组成原理的实验报告
计算机组成原理的实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是深入理解计算机组成原理中的关键概念和组件，通过实际操作和观察，增强对计算机硬件系统的认识和掌握能力。
具体包括：1、了解计算机内部各部件的工作原理和相互关系。
2、熟悉计算机指令的执行流程和数据的传输方式。
3、掌握计算机存储系统的组织和管理方法。
4、培养分析和解决计算机硬件相关问题的能力。
二、实验设备本次实验使用的设备包括计算机、逻辑分析仪、示波器以及相关的实验软件和工具。
三、实验内容1、运算器实验进行了简单的算术运算和逻辑运算，如加法、减法、与、或等操作。
观察运算结果在寄存器中的存储和变化情况。
2、控制器实验模拟了指令的取指、译码和执行过程。
分析不同指令对计算机状态的影响。
3、存储系统实验研究了内存的读写操作和地址映射方式。
考察了缓存的工作原理和命中率的计算。
4、总线实验观察数据在总线上的传输过程和时序。
分析总线竞争和仲裁的机制。
四、实验步骤1、运算器实验步骤连接实验设备，将运算器模块与计算机主机相连。
打开实验软件，设置运算类型和操作数。
启动运算，通过逻辑分析仪观察运算过程中的信号变化。
记录运算结果，并与预期结果进行比较。
2、控制器实验步骤连接控制器模块到计算机。
输入指令序列，使用示波器监测控制信号的产生和变化。
分析指令执行过程中各个阶段的状态转换。
3、存储系统实验步骤搭建存储系统实验电路。
进行内存读写操作，改变地址和数据，观察存储单元的内容变化。
分析缓存的替换策略和命中率的影响因素。
4、总线实验步骤连接总线模块，配置总线参数。
多个设备同时发送数据，观察总线的仲裁过程。
测量数据传输的时序和带宽。
五、实验结果与分析1、运算器实验结果加法、减法等运算结果准确，符合预期。
逻辑运算的结果也正确无误。
观察到在运算过程中，寄存器的值按照预定的规则进行更新。
分析：运算器的功能正常，能够准确执行各种运算操作，其内部的电路和逻辑设计合理。
2、控制器实验结果指令能够正确取指、译码和执行，控制信号的产生和时序符合指令的要求。
计算机组成原理实验二
上海大学计算机学院《计算机组成原理实验》报告二姓名：学号：教师：时间：机位：报告成绩：实验名称:运算器实验一、实验目的：1.学习数据处理部件的工作方式控制。
2. 学习机器语言程序的运行过程。
二、实验原理：CP226实验仪的运算器由一片CPLD实现，包括8种运算功能。
运算时先将数据写到寄存器A和寄存器W中，根据选择的运算方式系统产生运算结果送到直通门D。
手动方式下，运算功能的通过信号S1、S2、S3选择。
S2 S1 S0 功能0 0 0 A+W 加0 0 1 A-W 减0 1 0 A|W 或0 1 1 A＆W 与1 0 0 A+W+C 带进位加1 0 1 A-W-C 带进位减1 1 0 ~A A取反1 1 1 A 输出A带进位的加、减运算还应该另外给出进位CyIN。
实验箱上可以向DBUS送数据的寄存器有：直通门D、左移门L、右移门R、程序计数器PC、中断向量寄存器IA、外部输入寄存器IN和堆栈寄存器ST。
它们由138译码器的输入信号X2，X1，X0的编码来选择。
见输出寄存器选择表。
X2 X1 X0 输出寄存器0 0 0 IN_OE 外部输入门0 0 1 IA_OE 中断向量0 1 0 ST_OE 堆栈寄存器0 1 1 PC_OE PC寄存器1 0 0 D_OE 直通门1 0 1 R_OE 右移门1 1 0 L_OE 左移门1 1 1 没有输出三、实验内容：1. 计算37H ＋56H 后左移一位的值送OUT 输出。
2. 把36H 取反后同54H 相与的值送入R1寄存器。
四、实验步骤：1. 计算37H ＋56H 后左移一位的值送OUT 输出。
①按下表的方式连线：①①接完线后打开电源。
②用实验一的方法将数据37H 写入寄存器A 中，K23到K16分别为00110111，并将数据保存即置k0为1的位置。
用相同的方法将56H 写入到寄存器W 中。
③置X2X1X0分别为100，即k8k7k6为100，同时置S2S1S0为000执行A+W 的操作，即置k4k3k2为000。
《计算机组成原理》实验1寄存器试验,2运算器试验
实验指导书课程：计算机组成原理实验教师：班级：第一章系统概述1.1 实验系统组成第二章基础模块实验实验一寄存器实验实验目的：熟悉试验仪各部分功能。
掌握寄存器结构、工作原理及其控制方法。
实验内容：利用实验仪开关区上的开关sk23-sk16提供数据，其它开关做为控制信号，将数据通过DBUS写入OUT 寄存器，并将OUT寄存器的内容送往扩展区通过数码管和发光二极管显示。
实验原理：实验箱用74HC273 来构成寄存器。
（1）74HC273的功能如下：（2）实验箱中74HC273的连接方式：（3）实验逻辑框图12、打开实验仪电源，按CON单元的nRST按键，系统复位；如果EXEC键上方指示灯不亮，请按一次EXEC键，点亮指示灯，表示实验仪在运行状态。
3、利用开关和控制信号将数据通过DBUS写入OUT寄存器，并将OUT寄存器的内容送往扩展区通过数码管和发光二极管显示。
并写出将数据5FH写入OUT寄存器的操作过程。
实验二运算器实验实验目的：了解运算器的组成结构；掌握运算器的工作原理和控制方法。
实验内容：利用实验仪提供的运算器，通过开关提供数据信号，将数据写入寄存器A和寄存器B，并用开关控制ALU的运算方式，验证运算器的功能。
实验原理：（1）实验逻辑框图：信号说明：IN0~IN7：ALU数据输入信号ALU_D0~ALU_D7：ALU数据输出信号：寄存器A写信号，低电平有效。
当T1节拍信号到来，该信号有效时，IN0~IN7数据可以写入寄存器A。
：寄存器B写信号，低电平有效。
当T2节拍信号到来，该信号有效时，IN0~IN7数据可以写入寄存器B。
：ALU计算结果读出信号，当T3节拍信号到来，该信号有效时，ALU计算结果送往ALU_D0~ALU_D7。
S3~S0,CN_I：ALU运算控制信号，控制ALU的运算方法。
T1,T2,T3：三个节拍信号，高电平有效，由con区的uSTEP按键控制，在运行状态时，依次按下uSTEP 键会依次发出T1、T2、T3节拍。
计算机组成原理全部实验
计算机科学技术系王玉芬2012年11月3日基础实验部分该篇章共有五个基础实验组成，分别是：实验一运算器实验实验二存储器实验实验三数据通路组成与故障分析实验实验四微程序控制器实验实验五模型机CPU组成与指令周期实验实验一运算器实验运算器又称作算术逻辑运算单元（ALU），是计算机的五大基本组成部件之一，主要用来完成算术运算和逻辑运算。
运算器的核心部件是加法器，加减乘除运算等都是通过加法器进行的，因此，加快运算器的速度实质上是要加快加法器的速度。
机器字长n位，意味着能完成两个n位数的各种运算。
就应该由n个全加器构成n位并行加法器来实现。
通过本实验可以让学生对运算器有一个比较深刻的了解。
一、实验目的1．掌握简单运算器的数据传输方式。
2．掌握算术逻辑运算部件的工作原理。
3. 熟悉简单运算器的数据传送通路。
4. 给定数据，完成各种算术运算和逻辑运算。
二、实验内容：完成不带进位及带进位的算术运算、逻辑运算实验。
总结出不带进位及带进位运算的特点。
三、实验原理：1.实验电路图图4-1 运算器实验电路图2.实验数据流图图4-2 运算器实验数据流图3.实验原理运算器实验是在ALU UNIT单元进行；单板方式下，控制信号，数据，时序信号由实验仪的逻辑开关电路和时序发生器提供，SW7－SW0八个逻辑开关用于产生数据，并发送到总线上；系统方式下，其控制信号由系统机实验平台可视化软件通过管理CPU来进行控制，SW7－SW0八个逻辑开关由可视化实验平台提供数据信号。
（1）DR1，DR2：运算暂存器，（2）LDDR1：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1，高电平有效。
（3）LDDR2：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2，高电平有效。
（4）S3，S2，S1，S0：确定执行哪一种算术运算或逻辑运算（运算功能表见附录1或者课本第49页）。
（5）M：M＝0执行算术操作；M＝1执行逻辑操作。
（6）/CN ：/CN＝0表示ALU运算时最低位加进位1；/CN＝1则表示无进位。
实验2运算器ALU实验
实验2 运算器ALU实验运算器ALU是CPU的主要部件，数据处理的中心。
ALU可以实现算术加减运算和逻辑“与”、“或”、“非”运算，本实验设计8位ALU，为完成8为ALU，我们从1位全加器设计开始，经1位加法器，4位加法器，4位加减法器，到4位算术逻辑运算器ALU；再由4位ALU到8位ALU。
2.1 1位加法器设计1位加法器是构成多位加法器的基础，通过1位加法器可以组成4位加法器，4位减法器。
因此，本实验首先从1位全加器开始。
2.1.1 实验题目1位全加器。
2.1.2 实验内容设计1位全加器，并通过输入波形图验证。
2.1.3 实验目的与要求通过本实验使学生进一步掌握电子电路的设计方法，熟悉CAD软件QuartusII的使用，掌握使用QuartusII仿真来验证电路设计正确性的方法。
2.1.4 实验步骤设置本实验的项目所在路径，命名项目的名称为1ALU，顶层文件的名称也自动命名为1ALU。
如在文件夹C:\eda\ALU下新建工程1ALU，如图2-1 新建工程1ALU所示。
图2-1 新建工程1ALU直接点击next，直到器件选择对话框，如图2-2所示。
这里根据最终使用的FPGA器件选择一种器件，如Cyclone下的EP1C3T144C8，如果不下载到FPGA上进行实验，选择哪一种器件都无所谓。
图2-2 实现器件选择指定设计、仿真和时序验证工具，如图2-3所示，点击next，完成工程建立。
图2-3 工具选择设计1位全加器FA1位全加器是指可以实现两个1位二进制数和低位进位的加法运算逻辑电路（半加器不包括低位进位C i-1）。
它依据的逻辑表达式是：进位C i=A i B i+A i C i-1+B i C i-1，和S i=A i⊕B i⊕C i-1（本算式推导过程可以在教材中找到）。
其中A i和B i是两个1位二进制数，C i代表向高位的进位，C i-1代表低位来的进位，S i代表本位和。
依据上述逻辑表达式，设计实现1位全加的电路图。
计算机组成原理实验exp_2(运算器 ── 进位控制实验)
实验二运算器──进位控制实验一实验目的(1) 验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能；(2) 按指定数据完成几种指定的算术运算。
二实验设备TDN－CM＋＋计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
三实验内容进位控制运算器的实验原理如图3所示，在算术逻辑运算实验的基础上增加进位控制部分，其中74181的进位进入一个7474锁存器，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，实验时将T4连至STA TE UNIT的微动开关KK2上。
AR是电平控制信号(低电平有效)，可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中。
图 3 进位控制实验原理图线四实验步骤(1) 按图4连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。
(2) 用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数，具体方法：图 4 进位控制实验接线图线① 关闭ALU 输出三态门(ALU-B=1)，开启输入三态门(SW-B=0)，设置数据开关； ② 例如向DR 1存入01010101，向DR 2存入10101010。
具体操作步骤如下：(3) 关闭输入三态门(SW-B=1)，开启ALU 输出三态门(ALU-B=0)。
(4) 进位标志清零具体操作方法如下：实验板中SWITCH UNIT 单元中的CLR 开关为标志CY ，ZI 的清零开关，它为零时是清零状态，所以依次将开关做1→0→1操作，即可使标志位清零。
注：进位标志指示灯CY 亮时表示进位标志为“0”，无进位：标志指示灯CY 灭时表示进位为“1”，有进位．(5) 验证带进位运算及进位锁存功能，使Cn=1，AR=0来进行带进位算术运算。
数据开关 (01010101) 三态门 寄存器DR 1 (01010101) 数据开关寄存器DR 2 (10101010) LDDR 1=1 LDDR 2=0 T4=ALU-B=1 SW-B=0LDDR 1=0 LDDR 2=1 T4= 关寄存器 LDDR 1=0 LDDR 2=0例如：做加法运算，首先向DR1，DR2置数，然后使ALU-B=0，S3S2S1S0M状态为10010，此时数据总线上显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志，这个结果是否产生进位，则要按动微动开关KK2，若进位标志灯亮，表示无进位；反之，有进位。
运算器移位运算实验实验报告
（2）进行四次循环右移或者四次循环左移。
五、实验小结
敢于动手,大胆尝试。
任课教师评语:
教师签字:年月日
教师签字：年月日
上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行, 其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT的触动开关START来产生的。
（2）参照表1,改变S0 S1 M 299_G的状态,按动触动开关START,观察移位结果。
表1 74LS299功能表
299_G
S1
S0
M
功能
0
0
0
任意
保持
0
1
0
0
循环右移
0
101带进位循环移001
0
循环左移
0
0
1
1
带进位循环左移
任意
1
1
任意
装数
3.实验结果
循环右移或左移的时候, 每来一次脉冲, 发光二极管亮的次序也跟着依次改变, 进位标志位一直保持亮的状态, 带进位的循环则是产生进位的时候, 进位标志位的二极管熄灭。
四、回答问题
1.X=00101011, Y=10001111, 完成如下运算: （1）X加Y→X, （2）交换X高4位与低4位, 若借助实验1与实验2电路如何实现（简述操作过程）？
信息学院
实验报告
学号：
姓名:
班级：
课程名称:计算机组成原理
实验名称:实验二运算器移位运算实验
实验性质:①综合性实验②设计性实验③验证性实验:√
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实验二运算器的实验
一、实验目的
了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。
二、实验要求
利用COP2000实验仪的K16..K23开关做为DBUS数据，其它开关做为控制信号，将数据写累加器A和工作寄存器W，并用开关控制ALU的运算方式，实现运算器的功能。
三、实验说明
COP2000中的运算器由一片可编程芯片EPLD实现。
有8种运算, 通过S2,S1,S0来选择。
运算数据由寄存器A及寄存器W给出, 运算结果输出在D中显示
根据不同的S2 S1 S0 实现8种运算
加减或与带进位加带进位减 A取反输出A
四、实验过程
（1）连接线表
连接信号孔接入孔作用有效电平
1 J1座J3座将K23-K16接入
DBUS[7:0]
2 S0 S0 运算器功能选择
3 S1 S1 运算器功能选择
4 S2 S2 运算器功能选择
5 AEN AEN 选通A低电平有效
6 WEN WEN 选通W低电平有效
7 Cy IN X0 运算器进位输入
8 ALUCK CLOCK ALU工作脉冲上升沿打入
（2）实验数据
将05H写入A寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据05H
K23 K22 K21 K20 K19 K18 K17 K16
0 0 0 0 0 1 0 1
置控制信号为：
K5(Cy IN) K4(WEN) K3(AEN) K2(S2) K1(S1) K0(S0)
0 1 0 0 0 0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据05H 被写入A寄存器。
将06H写入W寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据09H
K23 K22 K21 K20 K19 K18 K17 K16
0 0 0 0 0 1 1 0
置控制信号为：
K5(Cy IN) K4(WEN) K3(AEN) K2(S2) K1(S1) K0(S0)
0 0 1 0 0 0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器W的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据06H 被写入W寄存器。
置下表的控制信号, 检验运算器的运算结果
K5(Cy IN) K2(S2) K1(S1) K0(S0) 结果(直通门D) 注释
X 0 0 0 0b 加法
X 0 0 1 FF 带进位减
X 0 1 0 07 或
X 0 1 1 04 与
0 1 0 0 0b 带进位加
1 1 0 0 0c 带进位加
0 1 0 1 FF 带进位减
1 1 0 1 FE 带进位减
X 1 1 0 FA A取反
X 1 1 1 05 输出A
五、实验感想
连续做了两次组成原理实验，由于老师细致入微的解释，感觉实验都好简单。
通过这次实验，了解了模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。
不仅仅是从书本上了解了知识，通过实践更加巩固了原来的知识。
当然在做实验时，连接线路的时候会遇到麻烦，但是经过老师同学的帮忙，还是顺利的完成了实验。
在完成实验数据的时候，由于我们没有找到机器，就和别人用一台机器。
但是这完全不影响我们的实验，我们组做了两组数据，更加熟练了一些。
下次实验的时候一定去早一点，积极完成实验！。