计算机组成原理实验报告2-运算器实验
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。
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。
计算机组成原理--实验二算术逻辑运算实验
计算机组成原理--实验⼆算术逻辑运算实验实验⼆算术逻辑运算实验⼀、实验⽬的（1）了解运算器芯⽚（74LS181）的逻辑功能。
（2）掌握运算器数据的载⼊、读取⽅法，掌握运算器⼯作模式的设置。
（3）观察在不同⼯作模式下数据运算的规则。
⼆、实验原理1.运算器芯⽚（74LS181）的逻辑功能74LS181是⼀种数据宽度为4个⼆进制位的多功能运算器芯⽚，封装在壳中，封装形式如图2-3所⽰。
5V A1 B1 A2 B2 A3 B3 Cn4 F3BO A0 S3 S2 S1 S0 Cn M F0 F1 F2 GND图2-374LS181封装图主要引脚有：（1）A0—A3：第⼀组操作数据输⼊端。
（2）B0—B3：第⼆组操作数据输⼊端。
（3）F0—F3：操作结果数据输⼊端。
（4）F0—F3：操作功能控制端。
（5）Cn：低端进位接收端。
（6）（7）M：算数/逻辑功能控制端。
芯⽚的逻辑功能见表2-1.从表中可以看到当控制端S0—S3为1001、M为0、Cn为1时，操作结果数据输出端F0—F3上的数据等于第⼀组操作数据输⼊端A0—A3上的数据加第⼆组操作数据输⼊端B0—B3上的数据。
当S0—S3、M、Cn上控制信号电平不同时，74LS181芯⽚完成不同功能的逻辑运算操作或算数运算操作。
在加法运算操作时，Cn、Cn4进位信号低电平有效；减法运算操作时，Cn、Cn4借位信号⾼电平有效；⽽逻辑运算操作时，Cn、进位信号⽆意义。
2.运算器实验逻辑电路试验台运算器实验逻辑电路中，两⽚74LS181芯⽚构成⼀个长度为8位的运算器，两⽚74LS181分别作为第⼀操作数据寄存器和第⼆操作数据寄存器，⼀⽚74LS254作为操作结果数据输出缓冲器，逻辑结构如图2-4所⽰。
途中算术运算操作时的进位Cy 判别进位指⽰电路；判零Zi和零标志电路指⽰电路，将在实验三中使⽤。
第⼀操作数据由B-DA1(BUS TO DATA1)负脉冲控制信号送⼊名为DA1的第⼀操作数据寄存器，第⼆操作数据由B-DA2(BUS TO DATA2)负脉冲控制信号送⼊名为DA2的第⼆操作数据寄存器。
《计算机组成原理》学生实验报告
《计算机组成原理》学生实验报告（2011~2012学年第二学期）专业：信息管理与信息系统班级： A0922学号：10914030230姓名：李斌目录实验准备------------------------------------------------------------------------3 实验一运算器实验-----------------------------------------------------------7 实验二数据通路实验-------------------------------------------------------13 实验三微控制器实验--------------------------------------------------------18 实验四基本模型机的设计与实现------------------------------------------22实验准备一、DVCC实验机系统硬件设备1、运算器模块运算器由两片74LS181构成8位字长的ALU。
它是运算器的核心。
可以实现两个8位的二进制数进行多种算术或逻辑运算，具体由74181的功能控制条件M、CN、S3、S2、S1、S0来决定，见下表。
两个参与运算的数分别来自于暂存器U29和U30（采用8位锁存器），运算结果直接输出到输出缓冲器U33（采用74LS245，由ALUB信号控制，ALUB=0，表示U33开通，ALUB=1，表示U33不通，其输出呈高阻），由输出缓冲器发送到系统的数据总线上，以便进行移位操作或参加下一次运算。
进位输入信号来自于两个方面：其一对运算器74LS181的进位输出/CN+4进位倒相所得CN4；其二由移位寄存器74LS299的选择参数S0、S1、AQ0、AQ7决定所得。
触发器的输出QCY就是ALU结果的进位标志位。
QCY为“0”，表示ALU结果没有进位，相应的指示灯CY灭；QCY为“1”，表示ALU结果有进位，相应的指示灯CY点亮。
实验2： 运算器组成实验 ----独立方式
河北环境工程学院《计算机组成原理》实验报告作者：系（部）：专业班级：学号：成绩：__________________评阅教师：__________________年月日一、实验目的（1）熟悉逻辑测试笔的使用方法（2）熟悉 TEC-8 模型计算机的节拍脉冲 T1、T2、T3（3）熟悉双端口通用寄存器组的读写操作（4）熟悉运算器的数据传送通路（5）验证 74LS181 的加、减等各种功能（6）按照表中提供的功能自行验证其中几种即可二、预习内容1.什么是机器字长？2.4位操作码可包含多少条指令？3.预习实验指导书相关内容，熟悉实验步骤。
4.复习本次实验所用的各种数字集成电路的性能及工作原理三、实验环境及主要器件1．TEC-8实验系统 1台2. 逻辑测试笔 1支四、实验内容1、用逻辑测试笔测试节拍脉冲信号T1、T2、T32、对下述7组数据进行加、减、与或运算五、实验步骤1.按电路图所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接2.用开关 K15-K0 向通用寄存器堆 RF 内的 R3-R0 寄存器置数据。
然后读出 R3-R0 的数据，在数据总线 DBUS 上显示出来3.验证 ALU 的正逻辑算术、逻辑运算功能4.将“控制转换”开关拨到最中间位置既“独立”灯亮。
测试寄存器写入和读出；【操作模式：1100】接线表和置开关如下表：寄存器完成后可以直接在写寄存器操作模式下，通过 K6、K5 拨动开关查看写入寄存器中的数据，对应的数据灯：A7~A0。
通过 K2、K1 拨动开关也可以查看写入寄存器中的数据，对应的数据灯 B7~B0运算器实验【操作模式：1101】接线表和置开关如下表：。
计算机组成原理运算器实验
输入设备数据开关经一个三态门（74LS273）和数据总线相连。输出设备经一锁存器（74LS273）实现，盖锁存起的输入端和数据总线相连，输出端以二进制的形式输出结果。
实验电路如下图所示：
四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方无进位）
CN=0（有进位）
0 0 0 0
F=/A
F=A
F=A加1
0 0 0 1
F=/(A+B)
F=(A+B)
F=(A+B)加1
0 0 1 0
F=(/A)B
F=A+/B
F=(A+/B)加1
0 0 1 1
F=0
F=负1（补码形式）
F=0
0 1 0 0
F=/(AB)
F=A加A(/B)
F=A加A/B加1
虽然这是计算机组成原理的第一个实验，但是经过老师的示范基本熟悉了整个实验系统的基本结构，了解了寄存器的添加和绘制，最重要的是通过实验掌握了运算器工作原理，熟悉了算术/逻辑运算的运算过程以及控制这种运算的方法。经过了这次实验的认真学习相信在下一次的实验中会更加顺利的。
运算数1，引脚3为最高位
B3 B2 B1 B0
运算数2，引脚3为最高位
Cn 最低位进位输入
Cn=0有进位，Cn=1无进位；
Cn+4本片产生的进位信号
Cn+4=0有进位，Cn+4=1无进位；
F3 F2 F1 F0
F3 F2 F1 F0运算结果，F3为最高位
（2）74LS181的A3 A2 A1 A0，B3 B2 B1 B0作为输入端口，分别输入二进制数值，然后用运算选择控制端口S3 S2 S1 S0来选择执行什么操作，通过改变控制端口的操作来观察输出结果的不同。
计组实验报告（共10篇）
计组实验报告(共10篇)计组实验报告计算机组成原理实验报告一一、算术逻辑运算器1. 实验目的与要求：目的：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输通道。
③验算由74LS181等组合逻辑电路组成的运输功能发生器运输功能。
④能够按给定数据，完成实验指定的算术/逻辑运算。
要求：完成实验接线和所有练习题操作。
实验前，要求做好实验预习，掌握运算器的数据传送通道和ALU 的特性，并熟悉本实验中所用的模拟开关的作用和使用方法。
实验过程中，要认真进行实验操作，仔细思考实验有关的内容，把自己想得不太明白的问题通过实验去理解清楚，争取得到最好的实验结果，达到预期的实验教学目的。
实验完成后，要求每个学生写出实验报告。
2. 实验方案：1．两片74LS181（每片4位）以并/串联形式构成字长为8为的运算器。
2．8为运算器的输出经过一个输入双向三态门（74LS245）与数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别与两个8位寄存器（74LS273）DR1和DR2的输出端相连，DR1和DR2寄存器是用于保存参加运算的数据和运算的结果。
寄存器的输入端于数据总线相连。
3．8位数据D7~D0（在“INPUT DEVICE”中）用来产生参与运算的数据，并经过一个输出三态门（74LS245）与数据总线相连。
数据显示灯（BUS UNIT）已与数据总线相连，用来显示数据总线上所内容。
4．S3、S2、S1、S0是运算选择控制端，由它们决定运算器执行哪一种运算（16种算术运算或16种逻辑运算）。
5．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。
6．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。
7．ALU-B是输出三态门的控制端，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。
《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。
计组实验-运算器实验
计算机组成原理实验课程实验报告实验名称运算器实验
实验二运算器
一．实验目的
了解简单运算器的数据传输通路。
验证运算功能发生器的组合功能。
掌握算术逻辑运算加、减、与的工作原理。
二．实验环境
Quartus 2 9.1
三．实验基本原理及步骤
算术逻辑单元运算器ALU181根据74LS181的功能，用VHDL硬件描述语言编辑而成，构成8位字长的ALU。
参加运算的两个8位数据分别为A[7..0]和B[7..0]，运算模式由S[3..0]的16种组合决定，S[3..0]的值由4位2进制计数器LPM_COUNTER产生，计数时钟是Sclk（图2-1）；此外，设M=0，选择算术运算，M=1为逻辑运算，C N为低位的进位位；
F[7..0]为输出结果，C O为运算后的输出进位位。
两个8位数据由总线IN[7..0]分别通过两个电平锁存器74373锁入，ALU功能如表所示。
四．仿真及软件设计
Vhd编程（非自己写，粘贴了群里文件）：
将编程存为器件以及定制74373b，如图
bdf电路图:
五．实验结果分析及回答问题（或测试环境及测试结果）实验问题：
发现是
后来将IN[7…0]改为IN[7..0]
运行成功
仿真结果：
经检验结果正确：。
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。
计组实验报告-2运算器实验
综合实验报告( 2010-- 2011 年度第一学期)名称：计算机组成原理综合实验题目：运算器实验院系：计算机系班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：一周成绩：日期：年月一、目的与要求（1）熟悉与深入理解4位的运算器芯片Am2901的功能和内部组成，运行中要求使用的控制信号及其各自的控制作用；（2）熟悉与深入理解用4片4位的运算器芯片构成16位的运算器部件的具体方案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系；（3）熟悉与深入理解用2片GAL20V8芯片解决ALU最低位的进位输入信号和最高、最低位的移位输入信号、实现4位的标志位寄存器的方案，理解为什么这些功能不能在运算器芯片之内实现而要到芯片之外另外处理。
（4）明确教学计算机的运算器部件，使用总计23位的控制信号就完全确定了它的全部运算与处理功能，脱机运算器实验中可以通过24位的微型开关中的23位提供这些控制信号，教学计算机正常执行指令时，这些控制信号必须改由控制器部件来提供。
在两种方式下，每一位（组）的控制功能是完全相同的。
二、实验正文1．实验内容1.1脱机运算器和联机运算器的区别和联系脱机运算器实验方式是指使运算器部件完全脱离与计算机主机其他部件正常的连接关系，在完全孤立出来的运算器上进行的教学实验。
此时，只能通过数据开关拨入参加运算的数据，通过微型开关提供操作运算器运行所必需的控制信号，通过信号指示灯观察运算结果，操作简单，实验结果清晰易理解。
联机实验方式是指在运算器部件与计算机主机保持正常连接关系，教学计算机可以正常执行指令的情况下进行的以运算器为重点的教学实验。
此时，可以通过指令提供参加运算的数据，通过控制器提供操作运算器运行所必需的控制信号，通过信号指示灯或者通过运行监控程序观察运算结果，操作略显复杂，涉及到目前尚未讲解到的如何让控制器提供运算器实验所要求的控制信号的办法，有一定难度，当然完成实验后的收获也会更大，提前接触到控制器部件的一些内容。
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。
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报告
1. 寄存器五、实验总结按照实验要求进行连接和操作,对通用寄存器组进行了数据的写入和读出,两组数据完全对照，得到了预期效果，说明了存入数据的正确性,在整个过程中也对寄存器组的构成和硬件电路有了更深层次的理解。
2. 运算器五、实验总结基本熟悉了整个实验系统的基本结构，了解了该实验装置按功能分成几大区,学会何时操作各种开关、按键。
最重要的是通过实验掌握了运算器工作原理，熟悉了算术/逻辑运算的运算过程以及控制这种运算的方法，了解了进位对算术与逻辑运算结果的影响，对时序是如何起作用的没太弄清楚，相信随着后续实验的进行一定会搞清楚的3。
存储器五、实验总结按照实验要求连接器材设备元件，按照给定步骤进行实验操作.通过向静态RAM中写入数据并读出数据，在INPUT单元输入数并存入地址寄存器，再向相应的地址单元存入数,验证读出数据时,只需再INPUT单元输入想要读出单元的地址，再通过片选端CE读出存储单元内的数据，其中We=0是控制写端，WE=1控制读,CE低电平有效。
实验过程遇到一些问题，对实验内容不是很熟，有待提高。
4. CPU与简单模型机设计实验一、实验目的(1) 掌握一个简单CPU的组成原理.（2）在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一台基本模型计算机。
(3）为其定义五条机器指令，编写相应的微程序,并上机调试掌握整机概念.二、实验设备PC机一台，TD—CMA实验系统一套。
三、实验原理本实验要实现一个简单的CPU，并且在此CPU的基础上，继续构建一个简单的模型计算机。
CPU 由运算器(ALU）、微程序控制器(MC）、通用寄存器（R0）,指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR)组成,如图5-1—1 所示。
这个CPU 在写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU 必须和主存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在该CPU的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。
计算机组成原理 实验报告
ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非异或）以及移位操作。在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。
通常ALU由两个输入端和一个输出端。整数单元有时也称为IEU（Integer Execution Unit）。我们通常所说的“CPU是XX位的”就是指ALU所能处理的数据的位数。
置S3、S2、S1、S0和Cn的数值，并观察数据总线LED显示灯显示的结果。如置S3、S2、S1、
S0为0010加法运算。
如果实验箱和PC联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果（软件使用说明
请看附录一），方法是：打开软件，选择联机软件的“【实验】—【运算器实验】”，打开运算器
实验的数据通路图，如图1-1-6所示。进行上面的手动操作，每按动一次ST按钮，数据通路图
会有数据的流动，反映当前运算器所做的操作，或在软件中选择“【调试】—【单节拍】”，其作
用相当于将时序单元的状态开关KK2置为‘单拍’档后按动了一次ST按钮，数据通路图也会反
映当前运算器所做的操作。
重复上述操作，并完成表1-1-2。然后改变A、B的值，验证FC、FZ的锁存功能。
计算机组成原理实验报告
实验一 基本运算器实验
一、
1.了解运算器的组成结构
2.掌握运算器的工作原理
3.深刻理解运算器的控制信号
二、
PC机一台、TD-CMA实验系统一套
三、实验原理
1.(思考题)运算器的组成包括算数逻辑运算单元ALU（Arithmetic and Logic Unit）、浮点运算单元FPU（Floating Point Unit）、通用寄存器组、专用寄存器组。
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
《计算机组成原理》实验报告——运算器
南通大学信息科学技术学院《计算机组成实验》实验报告实验运算器的设计与实现一、实验目的1.熟悉Vivado软件的使用方法。
2.熟悉运算器的功能。
3.掌握自顶而下的硬件模块设计方法。
4.掌握电路仿真测试方法，掌握仿真激励文件的编写，掌握仿真输出的分析方法。
二、实验任务设计一个运算器，具有基本的加、减、与、非、异或等功能。
三、设计步骤（1）实验电路原理及信号说明运算器的逻辑结构如图所示：其中Aluc操作码对应功能如下：具体设计如下：本实验采用运算部件并行多路选择实现，运用了32位加/减法器，32位移位器，32位6选1选择器。
（2）实验电路设计顶层文件：module ALU(X,Y,Aluc,R,Z);input[31:0]X,Y;input[3:0]Aluc;output[31:0]R;output Z;wire[31:0]d_as,d_and,d_or,d_xor,d_lui,d_sh,d;ADDSUB_32 as32(X,Y,Aluc[0],d_as);assign d_and=X&Y;assign d_or=X|Y;assign d_xor=X^Y;assign d_lui={Y[15:0],16'h0};SHIFTER shift(Y,X[10:6],Aluc[3],Aluc[1],d_sh);MUX6X32 select(d_and,d_or,d_xor,d_lui,d_sh,d_as,Aluc[3:0],R);assign Z=~|R;endmodule32位加法/减法计算器：module ADDSUB_32(X,Y,Sub,S);input [31:0]X,Y;wire Cout;input Sub;output [31:0]S;CLA_32 adder0(X,Y^{32{Sub}},Sub,S,Cout);endmodule32位CLA运算器8x4位：module CLA_32(X,Y,Cin,S,Cout);input[31:0]X,Y;input Cin;output[31:0]S;output Cout;wire Cout0,Cout1,Cout2,Cout3,Cout4,Cout5,Cout6;CLA_4 add0(X[3:0],Y[3:0],Cin,S[3:0],Cout0);CLA_4 add1(X[7:4],Y[7:4],Cout0,S[7:4],Cout1);CLA_4 add2(X[11:8],Y[11:8],Cout1,S[11:8],Cout2);CLA_4 add3(X[15:12],Y[15:12],Cout2,S[15:12],Cout3);CLA_4 add4(X[19:16],Y[19:16],Cout3,S[19:16],Cout4);CLA_4 add5(X[23:20],Y[23:20],Cout4,S[23:20],Cout5);CLA_4 add6(X[27:24],Y[27:24],Cout5,S[27:24],Cout6);CLA_4 add7(X[31:28],Y[31:28],Cout6,S[31:28],Cout);Endmodule4位CLA运算器：module CLA_4(X,Y,Cin,S,Cout);input [3:0]X,Y;output Cout;input Cin;output [3:0]S;and i0(Y_3,X[3],Y[3]);or i1(X_3,X[3],Y[3]);and i2(Y_2,X[2],Y[2]);or i3(X_2,X[2],Y[2]);and i4(Y_1,X[1],Y[1]);or i5(X_1,X[1],Y[1]);and i6(Y_0,X[0],Y[0]);or i7(X_0,X[0],Y[0]);not i01(Y_31,Y_3);nand i02(Y_32,X_3,Y_2);nand i03(Y_33,X_3,X_2,Y_1);nand i04(Y_34,X_3,X_2,X_1,Y_0);nand i05(Y_35,X_3,X_2,X_1,X_0,Cin);nand i00(Cout,Y_31,Y_32,Y_33,Y_34,Y_35);//Cout的输出门级电路实现not i_2(Y__3,Y_3);and i21(Y_21,Y__3,X_3);not i22(Y_22,Y_2);nand i23(Y_23,X_2,Y_1);nand i24(Y_24,X_2,X_1,Y_0);nand i25(Y_25,X_2,X_1,X_0,Cin);nand i26(Y_26,Y_22,Y_23,Y_24,Y_25);xor i20(S[3],Y_21,Y_26);//S3的输出门级电路实现not i_1(Y__2,Y_2);and i11(Y_11,Y__2,X_2);not i12(Y_12,Y_1);nand i13(Y_13,X_1,Y_0);nand i14(Y_14,X_1,X_0,Cin);nand i15(Y_15,Y_12,Y_13,Y_14);xor i10(S[2],Y_11,Y_15);//S2的输出门级电路实现not i_0(Y__1,Y_1);and i51(Y_51,Y__1,X_1);not i52(Y_52,Y_0);nand i53(Y_53,X_0,Cin);nand i54(Y_54,Y_52,Y_53);xor i50(S[1],Y_51,Y_54);//S1的输出门级电路not i41(Y__0,Y_0);and i42(Y_4,Y__0,X_0);xor i40(S[0],Y_4,Cin);//S0的输出门级电路endmodule32位移位器：module SHIFTER(X,Sa,Arith,Right,Sh);input [31:0]X;//操作数input [4:0]Sa;//移位长度input Arith,Right;//right表示判断左移还是右移，arith判断逻辑还是算术移位output [31:0]Sh;//输出结果wire [31:0]T4,T3,T2,T1,T0,S4,S3,S2,S1;wire a=X[31]&Arith;wire [15:0]e={16{a}};parameter z=16'b0000000000000000;wire [31:0]L1u,L1d,L2u,L2d,L3u,L3d,L4u,L4d,L5u,L5d;assign L1u={X[15:0],z[15:0]};assign L1d={e,X[31:16]};MUX2X32 M1l(L1u,L1d,Right,T4);MUX2X32 M1r(X,T4,Sa[4],S4);//1assign L2u={S4[23:0],z[7:0]};assign L2d={e[7:0],S4[31:8]};MUX2X32 M2l(L2u,L2d,Right,T3);MUX2X32 M2r(S4,T3,Sa[3],S3);//2assign L3u={S3[27:0],z[3:0]};assign L3d={e[3:0],S3[31:4]};MUX2X32 M3l(L3u,L3d,Right,T2);MUX2X32 M3r(S3,T2,Sa[2],S2);//3assign L4u={S2[29:0],z[1:0]};assign L4d={e[1:0],S2[31:2]};MUX2X32 M4l(L4u,L4d,Right,T1);MUX2X32 M4r(S2,T1,Sa[1],S1);//4assign L5u={S1[30:0],z[0]};assign L5d={e[0],S1[31:1]};MUX2X32 M5l(L5u,L5d,Right,T0);MUX2X32 M5r(S1,T0,Sa[0],Sh);Endmodule32位6选1功能选择器：module MUX6X32(d_and,d_or,d_xor,d_lui,d_sh,d_as,Aluc,d);input [31:0]d_and,d_or,d_xor,d_lui,d_sh,d_as;input [3:0]Aluc;output [31:0]d;function [31:0]select;input [31:0]d_and,d_or,d_xor,d_lui,d_sh,d_as;input [3:0]Aluc;case(Aluc)4'b0000:select=d_as;4'b0001:select=d_as;4'b0010:select=d_and;4'b0011:select=d_or;4'b0100:select=d_xor;4'b0110:select=d_lui;4'b0101:select=d_sh;4'b0111:select=d_sh;4'b1111:select=d_sh;4'b1101:select=d_sh;endcaseendfunctionassign d=select(d_and,d_or,d_xor,d_lui,d_sh,d_as,Aluc); endmoduleRTL视图如下：四、实验仿真结果分析1.仿真测试文件：module sim();// ALU Inputsreg [31:0] X;reg [31:0] Y;reg [3:0] Aluc;// ALU Outputswire [31:0] R;wire Z;ALU u_ALU (.X ( X ),.Y ( Y ),.Aluc ( Aluc ),.R ( R ),.Z ( Z ) );initial beginAluc[3:0] = 0;X[31:0] = 3;Y[31:0] =2;#50;endalways #200 Aluc=Aluc+1;endmodule2.仿真测试波形：3.仿真测试结果分析开始时设置两个操作数X为3，Y为2；Aluc为0时执行加法运算，结果为5；Aluc为1时执行减法运算，结果为1；Aluc为2时执行与运算，结果为2；Aluc为3时执行或运算，结果为3；Aluc为4时执行异或运算，结果为1；……分析可知，设计符合实验要求。
《计算机组成原理》实验1寄存器试验,2运算器试验
《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。
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2.2 运算器实验
姓名：孙坚学号：134173733 班级：13计算机日期：2015.4.17
一．实验要求：利用CPTH 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。
二．实验目的：了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。
三．实验电路：CPTH 中的运算器由一片CPLD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，运算结果输出到直通门D。
连接线表
四．实验数据及步骤：
将55H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55H
置控制信号为：
按住STEP脉冲键，CK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STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
将AAH写入W寄存器
置控制信号为：
按住STEP脉冲键，CK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STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据AAH 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
表中结果一列数据改为FFH ABH FFH 00H FFH 00H ABH AAH AAH 55H
注意观察：
运算器在加上控制信号及数据(A,W)后，立刻给出结果，不须时钟。
五．心得体会：
开始实验的时候，对设备不熟练，不了解各控制端的作用，在听了老师的讲解，初步了解设备各部分的功能，在结合所发的实验资料的实验操作步骤，才成功连接好的线路。
通过自己动手，提高了自己遇到问题和解决问题的能力，同时也能发现自己哪些地方掌握得还不够到位，更重要的是通过这个实验，自己更加理解了运算器的工作原理，能帮助自己更好的学好这计算机组成原理这门课程。