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。
基本运算器实验
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_________________________________实验日期_________________________________一、实验目的与要求实验目的（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，否则实验效率会很低, 次实验时间根本无法完成实验任务；（2）应在实验前掌握所以控制信号的作用，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损坏设备，又要自习思考实验有关内容；（4）实验之后，应认真思考总结，写出实验报告，包括实验步骤和具体实验结果，遇到的问题和分析与解决思路。
还应写出自己的心得体会，也可以对教学实验提出新的建议等。
实验报告要上交老师。
二、实验逻辑原理图与分析画实验逻辑原理图逻辑原理图分析上图为运算器原理图。
如图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（三选一开关），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FZ。
ALU中所有模块集成在一片CPLD中。
运算器实验实验报告(计算机组成原理)
运算器实验实验报告（计算机组成原理）西安财经学院信息学院《计算机组成原理》实验报告实验名称运算器实验实验室实验楼 418实验日期第一部分8 位算术逻辑运算实验一、实验目的 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送通路组成原理。
3、验证算术逻辑运算功能发生器 74LSl8l 的组合功能。
4、按给定数据，完成实验指导书中的算术／逻辑运算。
二、实验内容 1 、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图 1－1 所示。
其中运算器由两片 74LS181以并/串形成 8 位字长的 ALU 构成。
运算器的输出经过一个三态门 74LS245(U33)到内部数据总线 BUSD0～D7 插座 BUS1～2 中的任一个（跳线器JA3 为高阻时为不接通），内部数据总线通过 LZD0～LZD7 显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器 74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至内部总线BUS，实验时通过 8 芯排线连至外部数据总线 E_D0～D7 插座E_J1～E_J3 中的任一个；参与运算的数据来自于 8 位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门 74LS245（U51）直接连至外部数据总线 E_D0～E_D7，通过数据开关输入的数据由 LD0～LD7 显示。
图 1-1 中算术逻辑运算功能发生器 74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M 并行相连后连至 6 位功能开关，以手动方式用二进制开关 S3、S2、S1、S0、CN、M 来模拟74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号 LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`以手动方式用二进制开关 LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB 来模拟，这几个信号姓名学号班级年级指导教师李芳有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB`、SWB`为低电平有效，LDDR1、LDDR2 为高电平有效。
TEC-2实验计算机运算器实验
实验报告实验人：学号：08 日期：2010-05-18 院（系）：软件学院专业（班级）：0实验题目：TEC-2实验计算机运算器实验一. 实验目的1.了解和掌握Am2901运算器的组成结构的工作原理；2.认识和掌握TEC-2机计算器的组成和工作原理；3.认识和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法；4.了解和掌握运算器的进位时间的测试方法，及进一步掌握双踪示波器的使用方法；二. 实验原理1）.综述TEC-2实验计算机是为计算机组成原理的教学与实验而研制的实验计算机。
有两种方式实验：高级方式实验-联机实验，初级方式实验-脱机实验。
本实验即是采用脱机实验的方法，对运算器的原理和功能进行探究。
首先，运算器部件是计算机五大功能部件中的数据加工部件。
运算器的首要功能是完成对数据的算术和逻辑运算，由其内部的应该被称为算术与逻辑运算部件（ALU）来实现，它在给出运算结果的同时，还给出运算结果的标志，如溢出与否，进位否，结果为零否和符号正负等，这些标志都保存在一个状态寄存器中。
运算器的得二项功能，是暂存将参加运算的数据和中间结果，由其内部的一个寄存器来承担。
因为这些寄存器可被汇编程序直接方位与使用，因此将它们成为通用寄存器，以区别那些计算机内部设置的，不能为汇编程序员访问的专用寄存器。
为了用硬件线路完成程序指令运算，运算器内一般还有一个能自行左右移位的专用寄存器，称为乘商寄存器。
TEC-2实验即得运算器核心部分是Am2901。
Am2901芯片是一个4位的位片结构的完整的运算器部件。
对运算器的控制与操作，指的是如何让运算器完成所预期的操作功能。
这是通过正确的向其提供控制信号。
包括选哪个（哪些）数据参加运算，执行何种运算功能，对运算结果（值和特征）如何保存与送出等；同时，要解决正确运算器提供参加运算数据的种种问题，包括从外部向运算器送入数据，正确给出ALU最低的进位信号，运算器左右移位操作中的移位输入信号等。
实验一 运算器实验(接线参考)
实验一运算器实验一、实验目的：1．掌握运算器的组成及工作原理；2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；3．验证带进位控制的74LS181的功能。
二、预习要求：１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；２预习实验步骤，了解实验中要求的注意之处。
三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
四、电路组成：本模块由算术逻辑单元ALU 74LS181（U7、U8、U9、U10）、暂存器74LS273（U3、U4、U5、U6）、三态门74LS244（U11、U12）和控制电路（集成于EP1K10内部）等组成。
电路图见图1-1(a)、1-1(b)。
图1-1（a）ALU电路图1-1（b）ALU控制电路算术逻辑单元ALU是由四片74LS181构成。
74LS181的功能控制条件由S3、S2、S1、S0、 M、Cn决定。
高电平方式的74LS181的功能、管脚分配和引出端功能符号详见表1-1、图1-2和表1-2。
四片74LS273构成两个16位数据暂存器，运算器的输出采用三态门74LS244。
它们的管脚分配和引出端功能符号详见图1-3和图1-4。
图1-2 74LS181管脚分配表1-2 74LS181输出端功能符号74LS181功能表见表1－1，其中符号“＋”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表示逻辑“非”运算，符号“加”表示算术加运算，符号“减”表示算术减运算。
选择 M=1逻辑操作 M=0 算术操作S3 S2 S1 S0 Cn=1（无进位）Cn=0（有进位）0 0 0 0 F=/A F=A F=A加10 0 0 1 F=/(A+B) F=A+B F=(A+B)加10 0 1 0 F=/A*B F=A+/B F=(A+/B)加10 0 1 1 F=0 F=减1(2的补)F=00 1 0 0 F=/(A*B) F=A加A*/B F=A加A*/B加10 1 0 1 F=/B F=(A+B)加A*/B F=(A+B)加A*/B加1 0 1 1 0 F=(/A*B+A*/B) F=A减B减1 F=A减B0 1 1 1 F=A*/B F=A*/B减1 F=A*/B1 0 0 0 F=/A+B F=A加A*B F=A加A *B加11 0 0 1 F=/(/A*B+A*/B) F=A加B F=A加B加11 0 1 0 F=B F=(A+/B)加A*B F=(A+/B)加A*B加1 1 0 1 1 F=A*B F=A*B减1 F=A*B1 1 0 0 F=1 F=A加A F=A加A 加11 1 0 1 F=A+/B F=(A+B)加A F=(A+B)加A加11 1 1 0 F=A+B F=(A+/B)加A F=(A+/B)加A加11 1 1 1 F=A F=A减1 F=A表1-1 74LS181功能表图1-3（a） 74LS273管脚分配图1-3（b）74LS273功能表图1-4（a） 74LS244管脚分配图1-4（b） 74LS244功能五、工作原理：运算器的结构框图见图1-5：算术逻辑单元ALU是运算器的核心。
《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。
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2 运算器 实验报告
实验2 运算器实验报告一、实验目的本次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，掌握运算器在计算机系统中的重要作用，提高对计算机硬件结构的理解和认识。
二、实验设备本次实验使用了以下设备：1、计算机一台，配置为_____处理器、＿____内存、＿____硬盘。
2、实验软件：＿____。
三、实验原理运算器是计算机中执行算术和逻辑运算的部件。
它主要由算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据通路和控制电路等组成。
算术逻辑单元（ALU）能够进行加、减、乘、除等算术运算，以及与、或、非、异或等逻辑运算。
寄存器用于暂存操作数和运算结果，数据通路负责在各个部件之间传输数据，控制电路则根据指令控制运算器的操作。
在运算过程中，数据从寄存器或内存中读取，经过 ALU 处理后，结果再存回寄存器或内存中。
四、实验内容与步骤（一）加法运算实验1、打开实验软件，进入运算器实验界面。
2、在操作数输入框中分别输入两个整数，例如 5 和 10。
3、点击“加法”按钮，观察运算结果显示框中的数值。
4、重复上述步骤，输入不同的操作数，验证加法运算的正确性。
（二）减法运算实验1、在实验界面中，输入被减数和减数，例如 15 和 8。
2、点击“减法”按钮，查看结果是否正确。
3、尝试输入负数作为操作数，观察减法运算的处理方式。
（三）乘法运算实验1、输入两个整数作为乘数和被乘数，例如 3 和 7。
2、启动乘法运算功能，检查结果的准确性。
3、对较大的数值进行乘法运算，观察运算时间和结果。
（四）除法运算实验1、给定被除数和除数，如 20 和 4。
2、执行除法运算，查看商和余数的显示。
3、尝试除数为 0 的情况，观察系统的处理方式。
（五）逻辑运算实验1、分别进行与、或、非、异或等逻辑运算，输入相应的操作数。
2、观察逻辑运算的结果，理解不同逻辑运算的特点和用途。
五、实验结果与分析（一）加法运算结果通过多次输入不同的操作数进行加法运算，结果均准确无误。
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：。
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)
实验二运算器实验
实验二：运算器实验
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。
实验目的：了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。
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
结果输出到直通门D。
有兴趣的同学可以参考第76页实现本ALU功能
的ABLE语言。
了解ALU的实现方法。
操作要求：
（１）将55H写入A寄存器
（２）将33H写入W寄存器
（３）置下表的控制信号, 根据Ａ、Ｗ、Ｄ寄存器的值检验运算器
报告要求：
１．写出完成（１）、（２）过程的操作步骤。
２．根据实验过程将结果填入上表。
答：1、（1）根据原理连接好电路图.首先将J1连接J3,将ALUCK与CLOCK 连接,输入端的AEN连接到寄存器的AEN,输入端的WEN连接到寄存器的AEN.
将WEN置高电平时, 在输入端输入数据,在寄存器A上显示,要在寄存器W上显示时,将AEN置高电平.
（2）在输入端分别输入两组数据，实现相应的相加。
2、结果如下图所示：。
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。
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。
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ispLS I1024构成。
四片４位的二选一输入寄存器74H C298构成两个操作数寄存器D R1和DR2，保存参与运算的数据。
DR1接AL U的B数据输入端口，D R2接AL U的A数据输入端口，A LU的输出在ispL SI1024内通过三态门发送到数据总线DBUS7—DBUS0上，进位信号C保存在isp LSI1024内的一个Ｄ寄存器中。
当实验台下部的IR/DBUS开关拨到DBU S位置时，8个红色发光二极管指示灯接在数据总线DBU S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ispLS I1024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：表3 运算器运算类型选择表进位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i spLS I1024内的C寄存器保存。
在SW_BU S#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S W0—SW7来设置，其中SW0是最低位，SW7是最高位。
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。
首先安排基本运算器实验，了解运算器的基本结构。
1.1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。
1.2实验设备PC机一台，Digilent Nexys 4TM开发板，Xilinx Vivado开发套件。
1.3实验原理Digilent Nexys 4TM开发板的通用I/O设备电路图如图1.1所示：图1.1Digilent Nexys 4TM开发板的通用I/O设备电路图如上所示，Nexys4 DDR板包括2个三色LED，16个滑动开关，6个按钮开关，16个单体LED和1个数字-8的七段显示器。
为了防止粗心大意的短路（假如一个FPGA针脚分派到一个按钮开关或者滑动开关被粗心大意的定为输出时将发生短路）损害，按钮开关和滑动开关通过串联电阻连接到FPGA。
5个按钮开关分派到1个“+”信号的配置是瞬时开关，在正常情况下，这些瞬时开关不用时产生低信号输出，被压时产生高信号输出。
另一方面，“CPU RESET”红色按钮不用时产生高信号输出，被压时产生低信号输出。
“CPU RESET”按钮常常在EDK（嵌入式开发套件）设计中用于重置进程，但你也可以把它当为常用按钮开关使用。
滑动开关根据他们的位置产生固定的高或低信号输入。
16个单体高效LED通过330欧姆的电阻阳极连接到FPGA,所以当其各自I/O 针脚应用到逻辑高电压时他们应该是打开的。
不被用户访问的额外LED表示电源，FPGA编程状态和USB和以太网端口状态。
控制显示模块的七段显示器的原理图如图1.2所示：图1.2七段显示器原理图Nexys4 DDR板包含2个4位同阳极7段LED显示器，配置表现得像1个8位数字显示。
8位数字的每一个由分派在一个“数字8”图案中的7段组成，每段嵌入1个LED。
如图17所示，每段LED是单独发光，所以128种模式的任何一个可以通过使某些LED段发光和另外的不发光显示在一个数字上。
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
074-王楠-计组实验一(基本运算器实验)
延安大学计算机学院实验报告专用纸实验电路中的时序信号均已连至“W/RUNIT"单元中的相应时序信号引出端，因此，需要将“W/R UNIT"单元中的T4接至“STATE UNIT"单元中的微动开关KK2的输出端。
在进行实验时，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。
S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B各电平控制信号则使用“SWITCHUNIT”单元中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。
对于单总线数据通路，作实验时就要分时控制总线，即当向DR1、DR2工作暂存器打入数据时，数据开关三态门打开，这时应保证运算器输出三态门关闭;同样，当运算器输出结果至总线时也应保证数据输入三态门是在关闭状态。
【4】实验步骤1.连接实验电路并检查无误。
图中将用户需要连接的信号线用小圆圈标明(其它实验相同，不再说明)。
2. KK2设置为单拍，KK1和KK3为运行。
3.开电源开关。
4.用输入开关向暂存器DR1置数。
①拨动输入开关形成二进制数01100101 (或其它数值)。
(数据显示灯亮为0,灭为1)。
②使SWITCH UNIT单元中的开关SW-B=0 (打开数据输入三态门)、ALU-B=1 (关闭ALU输出三态门)、LDDR1=1、LDDR2=0。
③按动微动开关KK2，则将二进制数01100101置入DR1中。
5. 用输入开关向暂存器DR2置数。
①拨动输入开关形成二进制数10100111 (或其它数值)。
②SW-B=0、ALU-B=1 保持不变，改变LDDR1、LDDR2,使LDDR1=0、LDDR2=1。
③按动微动开关KK2，则将二进制数10100111置入DR2中。
6.该变运算器的功能设置观察输出。
并将结果填入表中。
【5】实验结论根据实验步骤，一步一步操作，在DR1=65, DR2=A7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。
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NJUJL4aIH4I 鼻 Itokt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 夕卜，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）。
基本运算器实验
基本运算器实验实验2基本运算器实验一实验目的(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。
三实验原理实验原理图A(273)B(273)IN[7..0]显示A显示BS[3..0]CnLDAT4LDBT4三选一开关三态控制(245)D[7..0]ALU_B移位运算部件逻辑运算部件算术运算部件CY1CLR译码器LOGICSHIFTADD_SUBPRNCLRQVCCT4FCF7F0FZCLRPRNCLRDQVCCFCCnFCDC Y2T4CY2CNSHIFTADD_SUB上图为本次实验的原理图。
如图所示的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S3S0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。
ALU的输入和输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上，另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志FZ。
请注意：实验箱上凡是标注有马蹄形标记，表示这两根排针之间是连通的。
图中除T4和CLR，其余信号均来自于ALU单元的排线座，实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR都连接至CON 单元的CLR按钮。
T4由时序单元的TS4提供（时序单元的介绍见附录二），其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。
控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。
暂存器A和B的数据以及进位标志FC,零标志FZ和数据总线D7...D0能在LED灯上实时显示。
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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
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
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。