基本运算器实验
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。
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。
基本运算器实验易错点
基本运算器实验易错点基本运算器实验涉及到数电中的加法器、减法器、乘法器、除法器等模块的设计和组合，同时还涉及到数码管、时钟、开关和按键等组件的使用。
在实验中，由于电路连接不良、时钟频率不够、开关或按键使用不当等原因，可能会出现一些常见的错误和问题，需要及时排查和解决。
以下是基本运算器实验易错点的总结：1.电路连接不良：由于电路板上的连接导线或插头没有插好，或者元件之间没有连接得很紧密，导致电路不能正常工作。
这种情况通常会表现为数码管没有显示或者显示不全，按键无法响应等问题。
2.时钟频率不够：时钟是基本运算器实验中最重要的组件之一，必须保证其频率足够高才能保证运算器的正常工作。
如果时钟频率太低，可能导致计算结果不准确、计算速度过慢等问题。
3.开关或按键操作不当：基本运算器实验中需要使用许多开关和按键来控制模块的运行，如果操作不当可能会导致一些错误。
例如，误按了清零键或其他无关键，可能会导致计算结果出错或显示不正常。
4.模块设计不完善：基本运算器实验中涉及到加法器、减法器、乘法器、除法器等复杂模块的设计，如果模块设计得不够完善，可能会导致计算结果不准确或显示不正常等问题。
5.电源电压不稳定：基本运算器实验需要使用外部电源供电，如果电源电压不稳定可能会导致模块无法正常工作，或者导致模块元件损坏。
6.其他原因：基本运算器实验中还有很多其他可能的错误原因，例如元件损坏、元件选择不当等。
这些问题需要具体情况具体分析，及时排查并解决。
以上是基本运算器实验易错点的总结，学生在进行实验时需要注意这些问题，并尽量避免出现这些错误。
同时，应该认真对待实验，保持良好的态度和专注的态度，以确保实验的成功。
实验三_乘、除法运算器实验报告
实验三乘、除法运算器实验报告姓名：阿迪兰13053004马光明13052046 班级：计算机2班实验三乘、除法运算器实验报告一、实验目的1、掌握移位加算法设计乘法运算单元的基本思想2、掌握阵列算法乘法运算单元的设计方法3、掌握基于状态机的乘法运算单元的设计方法4、掌握基于宏模块的乘除法运算器的设计方法二、实验任务1、完成一个基于阵列的4位无符号乘法运算器的设计；实现代码为：module c01(x, y, out);input [7:0]x, y;output [15:0]out;genvar i, j, k, l;wire [8:0]tmp_sun[7:0], tmp_out[7:0];wire [8:0]tmp_x;assign tmp_x = {1'b0,x};assign out[0] = tmp_x[0] & y[0];generateassign tmp_out[0][0] = 1'b0;for(i=0;i<8;i=i+1)begin:add_bttop_m tm (tmp_x[i+1], y[0], tmp_x[i], y[1], tmp_out[0][i],tmp_sun[0][i], tmp_out[0][i+1]);endassign out[1] = tmp_sun[0][0];assign tmp_sun[0][8] = tmp_out[0][8];for(j=2;j<8;j=j+1)begin:ftffor(k=0;k<8;k=k+1)begin:add_bbbtm_m bm (tmp_sun[j-2][k+1], tmp_x[k], y[j], tmp_out[j-1][k], tmp_sun[j-1][k], tmp_out[j-1][k+1]);endassign out[j] = tmp_sun[j-1][0]assign tmp_sun[j-1][8] = tmp_out[j-1][8];Endfor(l=8;l<16;l=l+1)begin:add_oassign out[l] = tmp_sun[6][8];endendgenerateendmodulemodule top_m(m0, q0, m1, q1, cin, sun, cout);input m0, m1, q0, q1;input cin;output sun, cout;wire x, y;assign x = m0 & q0;assign y = m1 & q1;full_add fa (x, y, cin, sun, cout);endmodulemodule btm_m(sunin, m, q, cin, sun, cout); input sunin, m, q, cin;output sun, cout;wire y;assign y = m & q;full_add fa (sunin, y, cin, sun, cout); endmodulemodule full_add(x, y, cin, sun, cout);input x, y, cin;output reg sun, cout;always@(x, y, cin)beginsun <= x^y^cin;cout <= x&y | x&cin | y&cin;endendmodule2、完成一个基于移位加原理，用状态机实现的4位无符号乘法运算器的设计；实现代码为：module c02input[1:0] x;input[1:0] y;output[3:0] p;wire [3:0] temp;assign temp = {x , y};always @(temp)case temp4'b 0101:p =4'b 0001;4'b 0110: p = 4'b 0010;4'b 0111: p = 4'b 0011;4'b 1001: p = 4'b 0010;4'b 1010: p = 4'b 0100;4'b 1011: p = 4'b 0110;4'b 1101:p = 4'b 0011;4'b 1110: p = 4'b 0110;4'b 1111: p = 4'b 1001;default: p = 4'b 0000;endcase;endmodule;。
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。
计算机组成原理实验报告
湖南师范大学工程与设计学院计算机组成原理实验报告姓名：年级：2014级专业：计算机科学与技术学号：**********任课教师：***开课时间：2015~2016学年第二学期湖南师范大学工程与设计学院实验数据报告单实验课程：计算机组成原理实验题目：基本运算器实验实验日期：2016年 6月13日专业：计算机年级：2014级班级:五班姓名：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..实验内容：主要内容：该试验旨在了解运算器内部运算过程及组成结构，并能进行一些简单的数据运算。
该实验通过一片CPLD来实现运算器部件的功能，在接好的实验电路上，用CMA软件将数据加载加入内存，最终实现通过设置CON单元的S3、S2、S1、S0以及时序T1、T2、T3、T4的不同值来实现不同的功能。
表现在：用S3、S2、S1、S0的不同值并配合CN的值来实现将寄存器A、寄存器B中的两个数进行逻辑运算、移位运算、算术运算，并且加上时间脉冲的加入，并且能够准确的实现值的输出。
结果体现在：用FC灯亮表示有进位，FZ灯亮表示零标志，D7…D0灯显示通过运算后得出来的值。
三.实验原理图：图一（运算器原理图）四.实验数据与分析：0000：功能是F＝A（直通），因为A=65,所以F＝65,且没有进位，标志位也没有变化，所以FC=0,FZ=0. 0001: 功能是F=B （直通），因为A=A7,所以F＝A7,且没有进位，标志位也没有变化，所以FC=0,FZ=0. 0010: 功能是F＝AB,也就是A与B的逻辑与，所以F=25, 且没有进位，标志位也没有变化，所以FC=0,FZ=0. 0011：功能是F=A+B,也就是A与B的逻辑或，所以F=E7, 且没有进位，标志位也没有变化，所以FC=0,FZ=0. 0100: 功能是F=/A，0101：功能是F=A不带进位循环右移B(取低三位)位。
0110：功能是当CN=0时，F=A逻辑右移一位；当CN=1时，F=A带进位逻辑右移一位。
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。
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。
基本运算电路实验报告
基本运算电路实验报告基本运算电路实验报告一、引言在现代电子技术领域中，基本运算电路是非常重要的组成部分。
它们能够执行加法、减法、乘法和除法等基本运算，为计算机和其他电子设备提供了强大的计算能力。
本实验旨在通过搭建基本运算电路并进行实验验证，加深对其原理和应用的理解。
二、实验目的1. 掌握基本运算电路的搭建方法；2. 验证基本运算电路的功能；3. 分析基本运算电路的特点和应用。
三、实验器材与原理1. 实验器材：电路板、电源、电阻、电容、运算放大器等；2. 实验原理：基本运算电路由运算放大器、电阻和电容等元件组成。
通过运算放大器的放大作用，输入信号经过电阻和电容的处理，实现加法、减法、乘法或除法运算。
四、实验步骤1. 搭建加法器电路：将两个输入信号分别连接到运算放大器的两个输入端，通过合适的电阻网络将两个输入信号相加，输出信号连接到运算放大器的输出端。
2. 搭建减法器电路：将两个输入信号分别连接到运算放大器的两个输入端，通过合适的电阻网络将一个输入信号与另一个输入信号取反相加，输出信号连接到运算放大器的输出端。
3. 搭建乘法器电路：将两个输入信号分别连接到运算放大器的两个输入端，一个输入信号经过电阻网络到运算放大器的反馈端，另一个输入信号经过电阻网络到运算放大器的非反馈端，输出信号连接到运算放大器的输出端。
4. 搭建除法器电路：将两个输入信号分别连接到运算放大器的两个输入端，一个输入信号经过电阻网络到运算放大器的反馈端，另一个输入信号经过电阻网络到运算放大器的非反馈端，输出信号连接到运算放大器的输出端。
五、实验结果与分析1. 加法器电路实验结果：通过输入不同的信号，观察输出信号的变化。
实验结果表明，加法器电路能够将两个输入信号相加，并输出它们的和。
2. 减法器电路实验结果：通过输入不同的信号，观察输出信号的变化。
实验结果表明，减法器电路能够将两个输入信号相减，并输出它们的差。
3. 乘法器电路实验结果：通过输入不同的信号，观察输出信号的变化。
运算器实验总结
运算器实验总结引言本文旨在总结并分析我们小组进行的运算器实验。
该实验是计算机组成原理课程中的一项重要实践内容，通过设计和实现一个简单的运算器，我们加深了对计算机基本运算原理的理解，并提升了实际操作的能力。
实验目标本次实验的主要目标是设计一个基本的运算器，能够支持常见的算术运算，包括加法、减法、乘法和除法。
实验要求我们使用一个预定义的指令集，并利用指令集中的指令完成相应的运算操作。
实验的重点在于理解运算器设计的原理和实现逻辑。
实验步骤1. 指令集设计首先，我们需要设计一个符合实验要求的指令集。
根据要求，指令集应包括加法指令、减法指令、乘法指令和除法指令，以及相应的存储器读写指令和跳转指令。
我们经过讨论和研究，综合考虑了指令的使用频率和实现难度，最终确定了一个简洁而实用的指令集。
2. 运算器设计在指令集确定后，我们开始设计运算器的硬件电路。
运算器主要由运算单元、存储器和控制单元组成。
我们根据指令集的需求，设计了相应的运算单元和存储器，并利用逻辑门和触发器等基本电子元件实现了运算器的硬件电路。
3. 运算器实现在硬件电路设计完成后，我们将其实现为实际的运算器。
这一步骤需要进行电路连接和元件焊接等操作。
经过小组成员的共同努力，我们最终成功地将硬件电路编码为实际的运算器。
4. 运算器测试完成运算器的实现后，我们对其进行了全面的测试。
测试过程包括输入不同的算术表达式和指令，验证运算器的运算正确性和稳定性。
我们还进行了性能测试，评估运算器的运算速度和资源使用情况。
实验结果经过严格的测试和评估，我们的运算器设计和实现达到了预期的效果。
在正确性方面，我们进行了大量的功能测试，发现运算器能够正确地执行各种算术运算。
在性能方面，我们进行了多轮性能测试，发现运算器的运算速度能够满足我们的需求，并且资源使用情况较为合理。
总结与体会通过本次运算器实验，我们深入理解了计算机的运算原理和实现逻辑。
我们了解了指令集的设计和运算器的硬件电路实现过程，并通过实际操作提升了我们的实践能力。
实验二运算器实验报告
实验二运算器实验报告
实验二是运算器实验，旨在让我们了解计算机运算器的结构和工作原理。
在本次实验中，我们通过搭建运算器电路并进行验证，深入理解了运算器的运作过程，为我们今后学习和应用计算机原理打下了基础。
一、实验原理
运算器是计算机中重要的组成部分，用于实现各种算术和逻辑运算。
在本次实验中，我们首先学习了运算器的基本原理和功能，并了解了运算器中常用的逻辑门电路，如与门、或门、非门等。
接着，我们根据原理和逻辑门电路的特点，搭建了一个16位的运算器电路，并测试了电路的逻辑功能和运算准确性。
二、实验步骤
1. 搭建16位运算器电路，包括与门、或门、非门等逻辑电路。
2. 对搭建的运算器电路进行测试，如测试与门、或门、非门电路的逻辑输出是否正确。
3. 实现加法和减法运算功能，测试运算器的运算准确性。
4. 对搭建的运算器电路进行进一步优化，提高电路工作效率和运算速度。
三、实验结果
经过实验测试，我们成功搭建了一个16位的运算器电路，并对电路进行了多项测试和验证。
在逻辑输出方面，与门、或门、非门电路均能够正确输出逻辑值，验证了运算器电路的逻辑功能。
在加法和减法运算方面，运算器电路能够正确实现运算功能，并输出正确的运算结果，这表明运算器电路的运算准确性良好。
四、实验总结
通过本次实验，我们深入理解了计算机中运算器的工作原理和结构，掌握了运算器电路的搭建和运作方法，并初步掌握了在运算器上实现加法和减法运算的原理和方法。
此外，我们还了解了运算器电路的优化方法和技巧，提高了电路工作效率和运算速度。
这些知识和技能对我们今后学习和应用计算机原理具有重要的指导意义。
基本运算器实验
实验报告课程名称：计算机组成原理实验名称：基本运算器实验学院：信息工程学院专业班级：成绩:2021年 5月20日实验一基本运算器实验1. 实验目的（一）了解运算器的组成结构；（二）掌握运算器的工作原理；（三）熟悉运算器的数据传送通路；（四）按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑、移位运算。
2. 实验原理本实验原理如图 1.1 所示。
实验原理分析：运算器内部包含三个独立运算部件，分为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存在暂存器A 和暂存器 B 之中。
三个部件同时接受来自 A 和 B 的数据，各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3.S2.S1.S0 和CN 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。
如果是影响进位的计算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU 零标志。
ALU 中所有模块集中在一片CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)中。
运算器部件由一片CPLD 实现。
ALU 的输入和输出通过三态门74LS245 连接到CPU 内部总线上。
除T4 和CLR 外，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 供，其余控制信号均由CON 单元的二进制数据开关模拟给出。
控制信号中除了T4 是脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B 为低电平有效，其它为高电平有效。
运算器逻辑功能表如表 1.1 所示，表中“X”为任意态。
3. 实验器材TD-CMA 实验系统1 台，PC 机1 台，TD-CMA 系统集成操作软件4. 实验步骤1．按照指导书连接实验电路，并检查无误！！2．将时序和操作台单元的开关KK2 置为“单拍”档，KK1、KK3 置为“运行”档。
3. 打开电源开关。
(计算机组成原理)实验一运算器实验
D
红色：运算器控制信号
BUS UNIT
蓝色：器件中信号
运算器电路图
M
S3
当为减
S2
法算术
S1
运算时
S0
输出1
ALU TO BUS
D7-D0
ALU-B
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 +5
A7
A6
A74LS2455
A4
A3
A2
A1
DIR E
A0
+5 +5
ZI D SET Q
1K
Q
CLR
Ci
返回
CN+4 F3 F2 F1 F0
S3
S2
ALU(74LS181)
S1 S0
M
CN
A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0
F3 F2 F1 F0
S3
S2
ALU(74LS181)
S1 S0
M
CN+4
A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0CN
S3 S2 S1 S0 M
Cn181
DA1，DA2：两片74LS273
T4 T1 B-IR
I3-I0
寄存器 译码
B-R0
MA6 -MA0
B-R1 B-R2
B-R3
R0-B
R1-B
R2-B
MA6-MA0
R3-B
D6-D0
J1
I7-I2
T1 微地址锁存器 OE CLK Q6-Q0 CLR
|
J5
FZ
指令译码器
FC
INT
T4 KA
7
KB
Q6-Q0
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
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，一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。
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。
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，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，控制运算器的输出。
其余为高有效。
暂存器A和暂存器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。
亮表示1，灭表示0。
LDA和LDB用于控制算逻部件的输入数据。
满足LDA=1且T4传来脉冲信号时，数据将会传入暂存器A，同理当LEB=1且T4传来脉冲信号时，数据传入B暂存器。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，可将两个数据按位进行与、或、异或，以及将一个数据的各位求非。
有的运算器还能进行二值代码的16种逻辑操作。
算术运算部件最基本的操作是加法。
一个数与零相加，等于简单地传送这个数。
将一个数的代码求补，与另一个数相加，相当于从后一个数中减去前一个数。
将两个数相减可以比较它们的大小。
移位运算部件采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，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。
（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。
三、数据通路图及分析(画出数据通路图并作出分析)1、连接实验电路，并检查无误；2、将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单拍’档，开关KK1、KK3置为‘运行’档；3、打开电源开关，如果有警报声响起，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查连线，直到错误排除。
然后按动CON单元的CLR按钮，将运算器的A、B和FC、FZ清零；4、用输入开关向暂存器A置数；（1）拨动CON单元的SD27——SD20数据开关，形成二进制数01100101（或其他数值），数据显示亮为‘1’，灭为‘0’；（2）置LDAR=1，LDB=0，连续按动时序单元的ST按钮，产生一个T4上沿，则将二进制数01100101置入暂存器A中，暂存器A的值通过ALU单元的A7——A0八位LED灯显示；此时图像如下所示：5、用输入开关向暂存器B置数；（1）拨动CON单元的SD27——SD20数据开关，形成二进制数10100111（或其他数值）；（2）置LDAR=0，LDB=1，连续按动时序单元的ST按钮，产生一个T4上沿，则将二进制数10100111置入暂存器B中，暂存器B的值通过ALU单元的B7——B0八位LED灯显示；此时图像如下所示：6、改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。
置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0，然后按表3—1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。
（1）置S3、S2、S1、S0为0000，运算器做逻辑运算，图像如下所示：（2）置S3、S2、S1、S0为0001，运算器做逻辑运算，图像如下所示：（3）置S3、S2、S1、S0为0010，运算器做逻辑运算，图像如下所示：（4）置S3、S2、S1、S0为0011，运算器做逻辑运算，图像如下所示：（5）置S3、S2、S1、S0为0100，运算器做逻辑运算，图像如下所示：（6）置S3、S2、S1、S0为0101，运算器做移位运算，图像如下所示：（7）置S3、S2、S1、S0为0110，CN = 0运算器做移位运算，图像如下所示：（8）置S3、S2、S1、S0为0110，CN = 1运算器做移位运算，图像如下所示：（9）置S3、S2、S1、S0为0111，CN = 0运算器做移位运算，图像如下所示：（10）置S3、S2、S1、S0为0111，CN = 1运算器做移位运算，图像如下所示：（11）置S3、S2、S1、S0为1000，运算器做算术运算，图像如下所示：（12）置S3、S2、S1、S0为1001，运算器做算术运算，图像如下所示：（13）置S3、S2、S1、S0为1010（FC = 1），运算器做算术运算，图像如下所示：（14）置S3、S2、S1、S0为1011，运算器做算术运算，图像如下所示：（15）置S3、S2、S1、S0为1100，运算器做算术运算，图像如下所示：（16）置S3、S2、S1、S0为1101，运算器做算术运算，图像如下所示：四、实验数据和结果分析实验结果数据运算类型A B S3 S2 S1 S0CN结果逻辑运算65A70000X F=（65） FC=（0） FZ=（0）65A70001X F=（A7） FC=（0） FZ=（0）65A70010X F=（25） FC=（0） FZ=（0）65A70011X F=（E7） FC=（0） FZ=（0）65A70100X F=（9A） FC=（0） FZ=（0）结果数据分析（1）运算器能实现二进制算术、逻辑和移位运算；（2）设置运算器的S3,S2,S1,S0,Cn，可选择运算器的不同功能；（3）数据的输入、输出以及FC、FZ标志状态要通过LED显示灯观察时都需要按下脉冲单元的ST按钮；（4）计算前暂存器A、暂存器B或FC、FZ不清零，则会影响运算结果；（5）实验时当FC=1，清零后重新打入数据时要注意按动ST直到数据改变，（根据LED显示灯的亮灭）否者可能会导致数据没有传入；（6）根据LED显示灯读数据时或输入数据时，注意方向，A(D)0-A(D)7还是A(D)7-A(D)0；（7）数据进入哪一个寄存器就必须开启哪一个寄存器。
譬如：要使数据只进入暂存器A则必须置LDA=1，LDB=0，且获得T4脉冲信号。
五、实验问题分析、思考题与小结思考题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LDA2、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LDB3、置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0、置（S3、S2、S1、S0、M）=11111，实现了什么数据通路，进行了什么运算？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、M）=10101，实现了什么数据通路，进行了什么运算？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、M）=10101，运算结果是多少？答：F=A+B+FC，FC=0时F=0D，FC=1时，F=0E。
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，包括各种算数运算和逻辑运算等。
Cn为低位向它的进位，Cn+4为它向高位的进位，G为进位产生的函数，P为进位传递函数，A=B指示A与B相等的输出信号。
通过与74181的级联操作，可以构造更多位数的加法器。
六、小结在本次实验中，我通过了解到运算器基本结构了解到运算器的运算方法以及运算器的运行方式可以分为逻辑运算、算术运算、移位运算等方式，由此了解到运算器各种运算的方式。
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