实验二加减法器

计算机组成原理实验报告

一、实验目的及要求

本次实验要求掌握加法器、减法器的设计与实现。

可以利用原理图设计并实现 1 位、8 位和32 位加法器，以及32 位加减器。设计1 位加法器，将加法器中加入减法功能，可以利用SUB（减）的控制信号；

二、实验设备（环境）及要求

1. Windows 2000 或Windows XP

2. QuartusII9.1 sp2、DE2-115 计算机组成原理教学实验系统一台。

三、实验内容与步骤

（1）两个二进制数字A，B 和一个进位输入C0相加，产生一个和输出S，以及一个进位输出C1，这种运算电路成为全加器（1 位加法器）。1 位全加器有两个输出S 和C1，其中S 为加法器的和，C1 为进位位输出。下表中列出一位全加器进行加法运算的输入输出真值表：

表2-1 加法器的真值表

根据以上真值表，可以得到 1 位加法器的输入与输出逻辑关系。

根据上面的逻辑关系式可以建立如下图的 1 位加法器的原理图

接着进行功能仿真：

开始功能仿真，在【Processing】菜单下，选择【Start Simulation】启动仿真工具。实验结果：

在5-10ns 时，A=1，B=0，C0=0，则C1=0，S=1;

在15-20ns 时，A=1，B=1，C0=0，则C1=1，S=0;

在30-35ns 时，A=0，B=1，C0=1，则C1=1，S=0;

在35-40ns 时，A=1，B=1，C0=1，则C1=1，S=1;

（2）8 位加法器的原理图设计

实验原理8 位加法器用于对两个8 位二进制数进行加法运算，并产生进位。8 位加法器真值表如下所示：

表中A[7..0]表示 A 有8 位输入端：A7-A0；B[7..0]表示 B 有8 位输入端：B7-B0；S[7..0]表示S 有8 位输入端：S7-S0。8 位加法器的A、B 都有8 个输入端，加上进位CIN，共有17 个输入端。它有9 个输出端，即S7-S0 和COUT，因此8 位加法器可由8 个 1 位加法器构成。

进行功能仿真：

实验结果：

设置输入端A[7..0],B[7..0]随机值的仿真结果。

（3）32位加法器的原理图设计

32位加法器用于对两个32位二进制数进行加法运算，并产生进位。

根据图中提示，完成32位加法器原理图的设计：

32位加法器的封装图为：

（4）32位加减器的原理图设计32位加减器用于对两个32位二进制数进行加法或减法运算。它先由4个8位加法器级联成32加法器，然后像1位加法器变换成1位加减器那样，经过变换，最后实现。32位加减器有两个输出S和COUT，其中S为加法器的和，COUT用于判断减法运算的结果是否为负数。有3个输入A、B、和SUB，其中SUB用于标记是否做减法运算。32位加减器真值表如下所示：

仿真实验结果：

如图所示，A，B，SUB为输入，S为结果，COUT用于判断减法运算的结果是否为负数，当S为0时，A，B执行“+”运算；当S为1时，A，B执行“-”运算。

四、分析与讨论

逐级完成原理图设计，最后用SUB的特殊输入端完成加减法的运算,并且学会了用快捷键设置输入的值