实验二 寄存器(2)+ALU
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。
计算机寄存器实验报告
一、实验目的1. 理解计算机寄存器的概念、作用和分类；2. 掌握寄存器在计算机系统中的基本操作；3. 熟悉寄存器的控制信号及其工作原理；4. 培养实验操作能力和分析问题能力。
二、实验环境1. 实验设备：计算机组成原理实验箱、计算机、Proteus仿真软件；2. 实验软件：Proteus仿真软件、模型机仿真软件；3. 实验环境：实验室。
三、实验内容1. 寄存器基本概念及分类；2. 寄存器操作实验；3. 寄存器控制信号实验；4. 寄存器在计算机系统中的应用实验。
四、实验步骤1. 寄存器基本概念及分类实验（1）打开Proteus仿真软件，创建一个新的项目；（2）在项目中选择计算机组成原理实验箱中的寄存器模块；（3）观察寄存器的结构，了解寄存器的分类（如累加器、寄存器组、地址寄存器等）；（4）总结寄存器的作用，如暂存数据、控制指令等。
2. 寄存器操作实验（1）在Proteus仿真软件中，搭建一个简单的寄存器操作电路；（2）设置输入数据，观察寄存器的输出；（3）通过改变输入数据，验证寄存器的存储功能；（4）总结寄存器操作的基本步骤。
3. 寄存器控制信号实验（1）在Proteus仿真软件中，搭建一个包含控制信号的寄存器电路；（2）观察控制信号对寄存器操作的影响；（3）通过改变控制信号，验证寄存器的读写功能；（4）总结寄存器控制信号的作用和意义。
4. 寄存器在计算机系统中的应用实验（1）在Proteus仿真软件中，搭建一个简单的计算机系统电路；（2）观察寄存器在计算机系统中的操作过程；（3）分析寄存器在计算机系统中的作用，如数据暂存、指令控制等；（4）总结寄存器在计算机系统中的应用。
五、实验结果与分析1. 通过实验，掌握了寄存器的基本概念、作用和分类；2. 熟悉了寄存器的操作过程，包括输入、输出、读写等；3. 了解寄存器控制信号的作用，以及它们对寄存器操作的影响；4. 分析了寄存器在计算机系统中的应用，如数据暂存、指令控制等。
寄存器的多功能性能实验
寄存器的多功能性能实验寄存器是计算机中非常重要的组成部分，它们具有多种功能，能够满足不同的需求。
本文将对寄存器的多功能性能进行实验探究，通过实验结果来验证其功能和性能。
一、引言在计算机系统中，寄存器是一种数据存储器件，用于存储指令、数据和地址等信息。
寄存器具有快速读写速度和存储容量有限等特点，但同时也具备多种功能。
本次实验将通过具体的测试来了解和验证寄存器的多种功能。
二、寄存器的存储功能实验1. 实验目的通过本次实验，我们将了解寄存器的存储功能，并验证其存储容量与读写速度。
2. 实验步骤（1）选择一块适用的寄存器芯片，并准备连接线路。
（2）编写测试程序，在寄存器中存储一定数量的数据。
（3）观察并记录存储数据的过程，包括写入时间和写入结果。
（4）使用读取操作读取寄存器中的数据，并记录读出时间和读出结果。
3. 实验结果经过实验测试，我们得到了以下结果：（1）写入时间：在一定数据量条件下，寄存器的写入时间基本稳定，能够实时完成数据写入。
（2）写入结果：寄存器按照设定的地址顺序存储数据，写入准确无误。
（3）读取时间：寄存器的读取操作非常迅速，几乎可以实时返回读取结果。
（4）读取结果：通过读取操作，我们能够准确读取到寄存器中存储的数据。
4. 结论通过上述实验，我们验证了寄存器的存储功能，能够按照指定地址存储和读取数据，并具备较快的读写速度。
三、寄存器的状态存储功能实验1. 实验目的通过本次实验，我们将了解寄存器的状态存储功能，并验证其能够保存和传递计算结果。
2. 实验步骤（1）选择适合的寄存器，并准备相应的测试电路。
（2）编写测试程序，将计算结果存储到寄存器中。
（3）观察并记录存储数据的过程，包括写入时间和写入结果。
（4）通过其他计算操作，读取寄存器中的数据，并验证结果的准确性。
3. 实验结果经过实验测试，我们得到了以下结果：（1）写入时间：寄存器的写入时间非常短，几乎可以忽略不计。
（2）写入结果：寄存器能够准确地存储计算结果，并能够在读取时传递给其他部件使用。
ALU实验报告
算术逻辑单元实验报告一、实验目的1、掌握运算器的工作原理。
2、验证运算器的功能。
二、实验原理算术逻辑单元的主要功能是对二进制数据进行定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。
算术运算包括定点加减乘除运算；逻辑运算主要有逻辑与、逻辑或、逻辑异或和逻辑非操作。
ALU通常有两个数据输入端A和B，一个数据输出端Y 以及标志位等。
三、实验要求1、实验设计目标设计一个16位算术逻辑单元，满足以下要求。
（1）16位算术逻辑单元能够进行下列运算：加法、减法、加1、减1、与、或、非和传送。
用3位运算操作码OP[2..0]进行运算，控制方式如下表所示。
(2)设立两个标志寄存器Z和C。
当复位信号reset为低电平时，将这两个标志寄存器清零。
当运算结束后，在时钟clk的上升沿改变标志寄存器Z和C的值。
运算结果改变标志寄存器C、Z的情况如下：加法、减法、加1、减1运算改变Z、C；与、或、非运算改变Z，C保不变；传送操作保持Z、C不变。
因此在运算结束Z、C需要两个D触发器保存。
(3)为了保存操作数A和B，设计两个16位寄存器A和B。
当寄存器选择信号sel=0时，如果允许写信号write=1.，则在诗中clk的上升沿将数据输入dinput送入A 寄存器；当寄存器选择信号sel=1时，如果允许写信号write=1.，则在诗中clk的上升沿将数据输入dinput送入B寄存器。
(4)算术逻辑单元用一个设计实体完成。
2.顶层设计实体的引脚要求（1）clk对应试验台上的时钟（单脉冲）。
（2）reset对应实验台上的CPU复位信号CPU-RST。
（3）数据输入dinput对应试验台开关SD15~SD0。
（4）允许写信号write对应试验台开关SA5.（5）OP[2..0]对应试验台开关SA2~SA0.（6）寄存器选择信号sel对应试验台开关SA4.（7）16为运算结果result对应实验台上的指示灯A15~A0.（8）Z、C标志位对应试验台上的Z、C指示灯。
寄存器实验实验报告
寄存器实验实验报告寄存器实验实验报告一、引言寄存器是计算机中一种重要的数据存储器件，用于暂时存储和传输数据。
在计算机系统中，寄存器扮演着关键的角色，能够提高计算机的运算速度和效率。
本实验旨在通过实际操作，深入了解寄存器的工作原理和应用。
二、实验目的1. 理解寄存器的概念和作用；2. 掌握寄存器的基本操作方法；3. 学习寄存器在计算机系统中的应用。
三、实验器材和方法1. 实验器材：计算机、开发板、示波器等；2. 实验方法：通过编程控制，利用开发板上的寄存器进行数据存储和传输。
四、实验步骤1. 连接开发板和计算机，并进行相应的驱动安装；2. 打开开发板的开发环境，编写程序代码；3. 设置寄存器的初始值，并将数据存入寄存器；4. 通过编程控制，将寄存器中的数据传输到其他设备或存储器；5. 进行数据读取和验证，确保寄存器的正常工作。
五、实验结果与分析经过实验，我们成功地使用寄存器进行了数据存储和传输，并通过读取数据进行了验证。
寄存器在计算机系统中起到了至关重要的作用，它可以快速暂存数据，提高计算机的运算效率。
在实际应用中，寄存器广泛用于存储指令、地址和数据等信息。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了寄存器的工作原理和应用。
寄存器作为计算机系统中的重要组成部分，对于提高计算机的运算速度和效率起到了关键的作用。
掌握寄存器的基本操作方法，对于编程和计算机系统的理解都具有重要意义。
在今后的学习和工作中，我们将继续深入研究寄存器的相关知识，不断提升自己的技术水平。
七、参考文献[1] 计算机原理与接口技术. 李春葆, 刘燕, 张洪岩. 清华大学出版社, 2019.[2] 计算机组成与设计：硬件/软件接口. David A. Patterson, John L. Hennessy. 机械工业出版社, 2016.以上就是本次寄存器实验的实验报告，通过实际操作和实验结果的分析，我们对寄存器的工作原理和应用有了更深入的了解。
二进制计算机采用的主要逻辑元件
主题：二进制计算机的主要逻辑元件一、概述二进制计算机是当今世界上最广泛使用的计算机系统。
它们采用二进制系统来表示和处理数据和指令。
在二进制计算机中，存在着一些主要的逻辑元件，它们在计算机的运行中起着至关重要的作用。
二、主要逻辑元件1. 逻辑门逻辑门是构成计算机的基本逻辑元件。
它们能够执行基本的逻辑运算，如与、或、非等。
常见的逻辑门有与门、或门、非门等。
在计算机中，逻辑门被组合成各种复杂的逻辑电路，用来实现各种功能。
2. 寄存器寄存器是一种用来存储数据的元件。
在计算机中，寄存器通常用来存储临时数据、位置区域或指令。
寄存器的大小通常是以位（bit）来表示的，如8位寄存器、16位寄存器等。
3. 存储器存储器是计算机中用来存储数据和指令的元件。
存储器分为内存和外存，内存通常指的是随机存取存储器（RAM），它用来存储正在运行的程序和数据；外存通常指的是磁盘或固态硬盘，它用来存储长期的数据和程序。
4. ALU（算术逻辑单元）ALU是计算机中用来执行算术和逻辑运算的部件。
它能够执行加、减、乘、除等算术运算，也能够执行与、或、非等逻辑运算。
5. 控制单元控制单元是计算机中用来控制指令执行顺序的部件。
它能够从存储器中取出指令，解码指令，并且控制各个部件的工作。
6. 时钟时钟是计算机中用来同步各个部件工作的部件。
它能够在一个固定的时间间隔内发出脉冲信号，使得各个部件按照统一的节拍工作。
7. 数据总线数据总线是计算机中用来传输数据的通道。
它能够同时传输多位数据，如8位、16位、32位等。
8. 位置区域总线位置区域总线是计算机中用来传输位置区域信息的通道。
它能够指示存储器中的特定位置。
9. 控制总线控制总线是计算机中用来传输控制信号的通道。
它能够传输各种控制信号，如读写信号、中断信号等。
三、总结二进制计算机中的主要逻辑元件包括逻辑门、寄存器、存储器、ALU、控制单元、时钟、数据总线、位置区域总线和控制总线。
它们共同构成了计算机的基本操作和功能。
计组实验报告
计算机组成原理实验报告实验一寄存器组成实验一、实验目的（1）熟悉D触发器的功能及使用方法。
（2）掌握寄存器文件的逻辑组成及使用方法。
二、实验内容（1）掌握Quartus II的使用方法，能够进行数字电路的设计及仿真。
（2）验证Quartus II所提供D触发器的功能及使用方法。
（3）设计具有1个读端口、1个写端口的寄存器文件，并进行存取操作仿真/验证。
三、实验原理及方案Quartus II提供了多种类型的触发器模块，如D触发器、T触发器等。
固定特性的触发器模块有不同的型号，参数化的触发器模块有lpm_ff、lpm_dff、lpm_tff等。
D触发器常来构建寄存器。
本次实验我们用Quartus II中提供的8为D触发器模块，实现了一个8×8bits 的寄存器组，因此，操作地址均为3位，数据均为8位。
由于要求读写端口分离，因此，读操作的相关引脚有地址raddr[2..0]、数据输出q[7..0]，写操作的相关引脚有地址waddr[2..0]、数据输入data[7..0]、写使能wen。
其中，省略读使能信号可以简化控制，即数据输出不受限制。
寄存器文件通过写地址waddr[2..0]、写使能wen信号来实现触发器的写入控制，通过读地址raddr[2..0]信号来控制触发器的数据输出选择。
其连接电路原理如图所示。
寄存器文件的组成则由此，可在Quartus II中连接原理图：四、实验结果仿真波形如下：五、小结通过此次实验，我们学会了Quartus II的原理图的构造方法，以及仿真方法，并且使用lpm_dff作为三态门，控制数据的输入，并且在输出时，用lpm_mux选择每个寄存器的数据输出。
最后，在本次实验中，我们重新巩固了课堂学习的内容，也对寄存器加深了了解，相信我们会通过实验在计组的学习道路上越走越远。
实验二运算器组成实验一、实验目的（1）熟悉加/减法器的功能及使用方法。
（2）掌握算术逻辑部件(ALU)的功能及其逻辑组成。
计算机组成原理实验报告-寄存器实验
千里之行，始于足下。
计算机组成原理实验报告-寄存器实验计算机组成原理实验报告-寄存器实验》一、实验目的本次实验旨在通过设计和实现一个基本的寄存器，加深对计算机组成原理中寄存器的理解，并掌握寄存器在计算机中的应用。
二、实验设备及软件1. 实验设备：计算机2. 实验软件：模拟器软件Mars3. 实验材料：电路图、线缆、元器件三、实验原理寄存器是计算机的一种重要组成部分，用于存储数据和指令。
一个基本的寄存器通常由一组触发器组成，可以存储多个位的信息。
本实验中，我们需要设计一个16位的寄存器。
四、实验步骤1. 确定寄存器的结构和位数：根据实验要求，我们需要设计一个16位的寄存器。
根据设计要求，选择合适的触发器和其他元器件。
2. 组装寄存器电路：根据电路图，将选择好的元器件按照电路图连接起来。
3. 连接电路与计算机：使用线缆将寄存器电路连接到计算机的相应接口上。
4. 编写程序：打开Mars模拟器软件，编写程序来测试寄存器的功能。
可以编写一段简单的程序，将数据写入寄存器并读取出来，以验证寄存器的正确性。
5. 运行程序并测试：将编写好的程序加载到Mars模拟器中，并运行程序，观察寄存器的输出和模拟器的运行结果。
第1页/共3页锲而不舍，金石可镂。
五、实验结果在本次实验中，我们成功设计和实现了一个16位的寄存器，并进行了相关测试。
经过多次测试，寄存器的功能和性能良好，能够准确地存储和读取数据。
六、实验心得通过本次实验，我对寄存器的结构和工作原理有了更深入的了解。
寄存器作为计算机的一种重要组成部分，起着存储和传输数据的作用。
通过实际操作和测试，我更加清楚了寄存器在计算机中的应用和重要性。
在实验过程中，我遇到了一些问题，如电路连接不稳定、程序错误等，但通过仔细检查和调试，最终解决了这些问题。
这次实验也让我深刻体会到了学习计算机组成原理的重要性，只有深入理解原理并通过实践运用，才能真正掌握计算机的工作原理和能力。
通过这个实验，我有了更深入的认识和理解，对计算机组成原理的学习也更加系统和完整。
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实验二寄存器（二）+ALU
2.1寄存器（二）实验
(MAR地址寄存器，ST 堆栈寄存器，OUT输出寄存器)
一．原理图
1. MAR地址寄存器
2. ST 堆栈寄存器
3. OUT输出寄存器
二．连接线表
三．写寄存器
1.将12H写入MAR寄存器
步骤：
（1）二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据12H
(2) 置控制信号为:
按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器MAR的黄色选择指示灯亮，表明选择MAR寄存器。
放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据12H被写入MAR寄存器。
K14(MAROE)为0，MAR寄存器中的地址输出，MAR 红色输出指示灯亮。
将K14(MAROE)置为1，关闭MAR输出。
2. 将34H写入ST寄存器
步骤：
（1）二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据34H
（2）置控制信号为：
按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器ST 的黄色选择指示灯亮，表明选择ST 寄存器。
放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据34H被写入ST 寄存器。
3. 将56H写入OUT寄存器
步骤：
（1）二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据56H
（2）置控制信号为：
按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器OUT 的黄色选择指示灯亮，表明选择OUT 寄存器。
放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据56H 被写入OUT寄存器。
2.2 运算器实验
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。
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。
一．功能描述
二．连接线表
三．实验流程
1. 将55H写入A寄存器
步骤：
（1）二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据55H
（2）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。
2. 将33H写入W寄存器
步骤：
（1）二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据33H
（2）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33H 被写入W 寄存器。
3. 置下表的控制信号，检验运算器的运算结果
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。