实验二 运算器实验
组成原理实验课件--运算器
31
教学机运算器控制信号汇总
数据组合（ I2 I1 I0 ）
3位
功能代码（ I5 I4 I3 ）
3位
结果处理（ I8 I7 I6 ）
3位
A口地址
4位
B口地址
4位
状态寄存器接收信号（SST） 3位
移位控制信号（SSH）
和最低位进位控制信号（SCI） 3位
23位
32
16 位运算器的完整组成
SST
C
Z
其输出为 F，两路输 入为 S、R，最低位 进位Cn，4个状态输 出信号如图所示
12
B锁存器 A锁存器
B 16个 A A口地址 通用寄存器 B口地址 （写入）
三选一
RAM3
RAM0
也可称为移位器
该寄存器组的写入，只能用B 地址实现，写入数 据是ALU的输出经三选一门（移位器）送到寄存 器组的输入端。移位器可执行直送、左移一位、 右移一位的操作，使加减等运算和移位操作可在 同一操作步骤中完成。
片间高A速m进29位02用 Am2902
Cin
Cn+z Cn+y Cn+x
Y7~4
/G
/P
Y3~0
Am2901
Am2901
低位
RAM0
Am2901
Q0
D11~8
D7~4
D3~0
22
Am2901完成功能需要的控制信号
数据组合（ I2 I1 I0 ） 功能代码（ I5 I4 I3 ） 结果处理（ I8 I7 I6 ） A口地址 B口地址 最低位进位控制信号（SCI） 移位控制信号（SSH） 状态寄存器接收信号（SST）
V
S
1
0
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。
运算器实验报告
运算器实验报告运算器实验报告引言：运算器是一种能够进行数学运算的装置，它是计算机的核心组成部分之一。
在本次实验中，我们将通过搭建一个简单的运算器来深入了解其工作原理和运算过程。
通过实践，我们可以更好地理解计算机的运算逻辑，并掌握一些基本的计算机原理。
一、实验目的本次实验的主要目的是通过搭建运算器，了解其内部结构和运算过程，培养我们的动手能力和解决问题的能力。
同时，通过实验，我们还可以加深对计算机运算逻辑的理解，为今后的学习和研究打下基础。
二、实验材料和方法1. 实验材料：- 逻辑门芯片（与门、或门、非门等）- 连线- 电源- 开关- LED灯2. 实验方法：- 按照实验指导书的要求，依次连接逻辑门芯片、连线、开关和LED灯。
- 打开电源，观察LED灯的亮灭情况，记录实验结果。
- 根据实验结果，分析运算器的工作原理和运算过程。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们按照指导书的要求，搭建了一个简单的运算器。
通过观察LED灯的亮灭情况，我们可以判断运算器是否正常工作。
在实验中，我们进行了加法、减法、乘法和除法等运算，记录了实验结果。
通过分析实验结果，我们可以发现运算器的工作原理和运算过程。
在加法运算中，我们使用了与门和或门来实现进位和求和的功能。
在减法运算中，我们使用了与门和非门来实现借位和求差的功能。
在乘法和除法运算中，我们通过多次加法和减法运算来实现。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了运算器的工作原理和运算过程。
我们通过搭建运算器，实际操作了逻辑门芯片、连线、开关和LED灯等实验材料，培养了我们的动手能力和解决问题的能力。
同时，我们还加深了对计算机运算逻辑的理解，为今后的学习和研究打下了基础。
在今后的学习中，我们可以进一步深入研究运算器的原理和应用，探索更复杂的运算过程和算法。
通过不断学习和实践，我们可以提高自己的计算机技术水平，为科学研究和工程应用做出更大的贡献。
总之，本次实验是一次非常有意义的实践活动。
运算器实验总结
运算器实验总结一、引言在现代科技高度发展的今天，计算机已经成为了人们生活和工作中不可或缺的一部分。
而计算机的核心部件之一就是运算器。
运算器作为计算机的“大脑”，起着重要的计算和控制作用。
本文将对运算器实验进行总结，包括实验目的、实验过程和实验结果等内容。
二、实验目的运算器实验的目的是通过设计和实现一个简单的运算器电路，加深对计算机运算原理的理解，以及培养学生的动手能力和解决问题的能力。
三、实验过程运算器实验分为设计和搭建电路两个步骤。
1. 设计在实验开始之前，我们需要根据运算器的功能需求，设计出运算器电路的逻辑结构。
运算器一般包括算术逻辑单元(ALU)和控制单元(CU)等组成部分。
我们可以根据实验要求，设计出适合的运算器结构。
2. 搭建电路在设计完成后，就可以开始搭建运算器电路了。
首先，我们需要根据设计图纸，准备所需的电子元件，如逻辑门、开关和触发器等。
然后，按照电路图的连接顺序，一步一步地将电子元件连接起来，形成一个完整的运算器电路。
3. 调试与测试搭建完成后，需要经过调试和测试来确保电路的正常工作。
我们可以通过给电路输入不同的二进制数值，观察电路输出是否符合预期结果来判断电路的正确性。
如果出现问题，可以逐步检查电路连接是否正确，是否存在元件损坏等情况。
四、实验结果经过设计、搭建和调试测试，最终我们得到了一个正常工作的运算器电路。
在测试过程中，我们对电路进行了多组输入输出的验证，结果表明电路正常。
通过我们的运算器，可以完成四则运算、逻辑运算等基本运算需求。
五、实验启示通过这次运算器实验，我们收获了很多。
首先是对计算机运算原理的深入理解。
在设计和搭建电路的过程中，我们不仅需要了解计算机的基本运算原理，还需要将理论知识实际应用到电路设计和调试中。
实践过程不仅加深了我们对计算机原理的理解，还帮助我们发现了一些之前未曾察觉到的问题和异常现象。
其次是培养了动手能力和解决问题的能力。
在实验过程中，我们需要亲自动手进行电路的搭建和调试。
运算器实验报告
运算器实验报告
运算器实验报告是指将实验过程中使用的运算器的各项性能参数和结果，以文字、图表等形式详细记录下来，以便更好地了解其特性和性能。
一般来说，运算器实验报告应包括以下几个方面：
1. 实验仪器和材料：记录所使用的运算器型号，操作系统，机器配置，以及其他相关设备和材料。
2. 实验目的：记录实验的目的，即要测量运算器的哪些性能参数。
3. 实验环境：记录实验所处的环境，如室温，湿度等。
4. 实验步骤：记录实验的执行步骤，如加/减法测试，乘/除法测试，浮点数测试，内存读写测试等。
5. 实验数据：记录实验得到的数据，如加减法耗时，乘除法耗时，浮点数运算速度，内存读取速度等。
6. 实验结论：根据实验得到的数据，对运算器的性能进行总结和分析，并得出实验结论。
运算器实验报告
运算器实验报告
实验目的
本次实验的主要目的是研究计算机运算器的工作原理，并通过实验模拟计算器的加减乘除运算，以达到对运算器工作原理的理解与掌握的目的。
实验器材
该实验所需的器材主要有：
1.计算机运算器实验板
2.示波器
3.数字信号发生器
4.电缆线
5.万用表
6.电子元器件
实验步骤
1.根据实验板说明书进行组装，接通电源，检查实验板是否能够正常工作。
2.使用数字信号发生器提供输入信号，将输入信号通过运算器
进行运算，从而得到相应的输出信号。
3.使用示波器观测输入信号和输出信号的波形，以评估运算器
的各项性能指标。
4.通过电缆线将运算器连接到计算机，将运算器的输出信号保
存至计算机硬盘，以方便后续处理和分析。
实验结果
通过对实验板的组装和调试，我们成功地实现了模拟计算器的
加减乘除运算。
同时，我们还使用示波器观测到了输入信号和输
出信号的波形，并通过电缆线将运算器连接到计算机，将运算器
的输出信号保存到了计算机硬盘中。
实验总结
本次实验结束后，我们深刻地认识到了计算机运算器的重要性。
在计算机系统中，运算器扮演着极为关键的角色，通过对各种数
字信号进行加减乘除等运算，完成了计算机的复杂计算任务。
因此，对运算器的研究和掌握显得十分必要，尤其是在计算机科学
与技术领域，更是必不可少的一部分。
最后，我们要感谢老师对我们的指导和支持，在这个实验中，我们更加深入地了解了计算机的原理与工作机制。
希望在未来的学习中能够发扬这种学习精神，更好地掌握计算机科学与技术的核心内容，为我们的学习和研究提供有力的支撑。
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。
运算器原理实验报告
运算器原理实验报告运算器原理实验报告一、引言运算器是计算机中的重要组成部分，它负责进行各种算术和逻辑运算。
在本次实验中，我们将探索运算器的基本原理，并通过实际搭建电路并进行测试，来验证运算器的功能和性能。
二、实验目的本次实验的主要目的有以下几点：1. 理解运算器的基本原理和工作方式；2. 学习运算器电路的搭建和调试方法；3. 掌握运算器的性能测试和评估方法。
三、实验原理运算器是由逻辑门电路组成的，它能够对输入的数据进行算术和逻辑运算，并输出结果。
在实验中，我们将使用与门、或门、非门等逻辑门电路来构建一个简单的四位二进制加法器。
四、实验步骤1. 准备工作：收集所需器件和元件，包括与门、或门、非门、触发器等，并确保它们的正常工作。
2. 运算器电路的搭建：按照实验指导书上的电路图，将逻辑门电路依次连接起来，形成一个完整的运算器电路。
3. 电路调试：将电路连接到电源上，并使用示波器等工具进行电路的调试，确保信号的传输和转换正常。
4. 功能测试：输入不同的二进制数值，并通过示波器观察输出结果是否正确。
5. 性能评估：测试运算器的响应速度、功耗等性能指标，并与理论值进行对比分析。
五、实验结果与分析通过实验，我们成功搭建了一个四位二进制加法器，并进行了功能测试和性能评估。
在功能测试中，输入不同的二进制数值，运算器能够正确地进行加法运算，并输出正确的结果。
在性能评估中，我们发现该运算器的响应速度较快，功耗较低，符合设计要求。
六、实验总结本次实验通过搭建运算器电路并进行测试，加深了对运算器原理的理解。
实验结果表明，通过合理设计和调试，可以构建出性能良好的运算器电路。
然而，我们也发现实验过程中存在一些问题，如电路连接不稳定、信号干扰等，这些问题需要进一步的优化和改进。
七、实验心得通过本次实验，我深刻认识到了运算器在计算机系统中的重要性，同时也了解到了运算器电路搭建和调试的一些技巧。
在今后的学习和研究中，我将进一步探索运算器的原理和应用，为计算机系统的设计和优化做出更多的贡献。
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南京工程学院
计算机工程学院
计算机组成与结构实验报告书
实验学生班级 K网络工程121
实验学生姓名王云峰
学号 240121525
实验地点信息楼A115
实验二运算器实验
同组同学李翔240121515（合作小组朱赛杰240121533）实验日期 11月27日实验仪器号 TEC-XP+14S022
一、实验目的
1．加深对Am2901运算器内部组成的了解, 掌握四片Am2901芯片间的连接关系, 以及它与有关外部逻辑电路的连接关系。
2．准确把握该运算器的控制与使用, 即掌握其运算与操作功能, 以及正确地为其提供全部控制信号及有关数据的手段与技术。
3．初步了解运算器在计算机整机中的作用。
二、实验内容
1．脱机方式下运算器的控制及运行设计控制信号序列，在脱机方式实现给定程序段的功能。
记录按压START 前后的ALU的运算结果和状态标志。
2．联机方式下运算器的控制及运行在联机方式下，汇编并单步执行给定程序段，查看并记录每条指令执行后的运行结果。
使用指令的单步骤执行方式，观察与运算器相关的控制信号的状态。
三、实验步骤与结果
脱机的运算器实验，在教学实验中实现如下7项操作功能：
预期功能实现方案
R0 ←1234 数据开关拨1234，B地址给0，D+0，结果送B口选的R0
R9 ←789F 数据开关拨789F，B地址给9，D+0，结果送B口选的R9 R9 ←R9-R0 B地址9，A地址给0，最低位进位给1，B-A，结果送B 口选的R9
R0 ←R0+1 B地址给0，最低位进位给1，B+0，结果送B口选的R0 R10←R0 B地址给A，A地址给0，A+0，结果送B口选的R10
逻辑右移
在有了预期功能和实现方案之后，要解决的具体问题，就是依据教学计算机的简明操作卡中的有关表格中规定的内容，找出实现每一操作功能要用到的控制码。
请把表2-3中各组控制信号的正确的取值填写在相应位置，然后把运行结果的状态信息填入表2-4。
思考题：执行R0+1时，为什么输出Y15-Y0为1234，而不是1235？
左右移位时，是通用寄存器本身移位，还是它与Q寄存器联合移位是怎么区分的？最高、最低位的移位输入信号是怎么给出的？C在移位中有什么作用？
联机的运算器实验，改用教学计算机的指令实现上述脱机运算器实验完成的功能。
需要指出的是不能在教学机的已有指令中实现Q←R9 的处理功能，因为运算器内部的乘商寄存器Q属于汇编程序员是不能访问的专用寄存器，只需完成剩余的其他6项功能即可。
例如可以用A命令建立该程序，操作步骤如下。
A 2000
2000: MVRD R0, 1234
2002: MVRD R9, 789F
2004: SUB R9, R0
2005: INC R0
2006: MVRR R10,R0
2007: SHR R9
2008: RET
可以用G命令运行这个程序，查看程序的最终运行结果为：
R0的内容为1235，R9的内容为3335，R10的内容为1235。
也可以用T命令在单指令方式下运行这个程序，查看程序的每个语句执行后的运行结果为：
第1条指令执行后，R0 的内容为1234；
第2条指令执行后，R9 的内容为789F；
第3条指令执行后，R9 的内容为666B；
第4条指令执行后，R0 的内容为1235；
第5条指令执行后，R10的内容为1235；
第6条指令执行后，R10的内容为3335，并且标志位C的值为1；
这个程序的最后一个语句用于结束程序的运行过程，使教学计算机返回监控状态。
也可以用指令的单步骤执行方式运行这个程序，此时需要把上述程序的最后一个语句从RET修改为JR 2000，再用G命令运行这个程序时，这个程序将进入无休止的循环执行状态，以便有机会进入指令的单步骤执行方式。
具体办法是，在这个
程序处于循环执行的过程中，把教学机的5个功能选择开关中最左面的一个（STEP/CONTINUE）从朝下拨为朝上的方向，使教学计算机从正常运行进入指令的单步骤执行方式。
此时，教学机可能处于上述7条指令的任何一条指令的任何一个执行步骤，此时可以通过查看指令寄存器的内容了解正在执行的是哪一条指令，查看当前微指令地址（运行微程序控制器）或者节拍发生器的状态（运行组合逻辑控制器）了解正在执行的是相关指令哪一个执行步骤，查看提供给运算器的23位控制信号的状态和运算器的执行结果，上述6条指令都一定有一个执行步骤实现的功能、使用的控制信号的状态与脱机运算器实验中的一个相关步骤相对应。
这之后每按一次启动按钮，教学机将执行指令的一个步骤；前一条指令执行结束后将自动进入下一条指令的执行过程，可以执行到程序中的每一条指令的每一个执行步骤，同学可以观察自己感兴趣的全部有关结果和控制信号的状态。
当然在这个执行过程中遇到的许多问题和相关知识目前尚未讲解，会存在许多的疑问，这正好为后续的学习提供了某些线索。
此时同学应该把主要注意力放到上述6条指令执行过程中的、与脱机运算器实验中的一个相关步骤相对应的那个执行步骤，查看运算器的执行结果和送到运算器的23位控制信号，找出两种实验方式（脱机与联机）下运算器运行的相同结果，差异只是控制信号的提供方发生了变化，脱机方式下是通过24位的微型开关中的23位为运算器提供控制信号，联机方式下则是通过教学机的控制器为运算器提供这23位的控制信号。
四、实验分析与思考
1. 说明在脱机方式下运算器的数据来源、三组控制信号及A、B端口的地址来
源。
①运算器的数据来源于16位数据的拨动开关（仪器的右下角的那16个黑色的开关）
②三组控制信号来源：用24位微型开关来提供控制信号
③AB端口地址:送给AM2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号关于上面的三个问题的叙述的图解：
2. 说明在联机方式下运算器的三组控制信号及A、B端口的地址来源。
此时可以通过PC机的输入各种指令来提供数据了
三组控制信号，由控制器来提供。
A,B端口地址应该还是操作数的寄存器地址吧
3. 理解ALU输出及SVZC状态在按压START键前后的变化。
① ALU输出的东西是计算的结果，按START键之后，寄存器接收到了ALU 计算结果，以进行接下来的操作。
②SVZC状态在按压START键前后的变化的理解：
c进位标志（进位变1）例如本次实验：
Y15-Y0 C
RO←12341234 0
R9←789F789F 0
R9←R9-
666B 1
R0
z是否为0(本次实验皆为0)
v溢出标志（本次实验未有溢出）
s符号标志
4．说明运算器与有关外部逻辑电路的连接关系及其控制字段。
所示。
主体部分由4片4位长度的位片结构的运算器芯片Am2901组成，每片Am2901可以接收来自内部总线IB的4位输入数据，其4位输出都直接送到地址寄存器AR的不同字段（AR不属于运算器的组成部分，图中用虚线框表示），并且经过支持三态功能的开关门电路送到内部总线IB。
还要使用MACH 芯片内部的部分电路提供ALU最低位的进位输入信号和最高、最低位的移位输入信号，使用一片GAL20V8实现4位的标志位寄存器FLAG，接收ALU输出的4个标志位信号和来自内存堆栈区的4位数据（用于恢复现场状态信息），FLAG 的4位输出可以经过一片带支持三态功能的开关门电路送到内部总线IB，用于保存现场状态信息到堆栈区。
I8-6：Y的输出，通用寄存器接收，Q寄存器接收
I5-3：运算功能选择
I2-0：数据组合选择状态
SST：寄存器接收
SCI：最低进位
SSH：移位控制
A：A端口地址
B：B端口地址
各个控制字段的功能表即：
五、教师评阅
实验态度实验完成情况掌握原理情况实验报告完成情况优良中差优良中差优良中差优良中差
实验成绩评定：教师签字：年月日
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