!1脱机运算器实验
计算机组成原理实验报告
实验一：脱机运算器实验实验目的：了解AM2901运算器的功能与用法，2片AM2901的级连方式，深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。
实验仪器：TEC-2000实验仪实验原理：脱机运算器实验，是让运算器从教学计算机整机中脱离出来，此时它的全部控制与操作均需通过两个12位的微型开关来完成，这就不能执行指令，只能通过开头、按键控制教学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算结果。
实验内容：1、将教学机左下方的5个拨动开关置为1XX10（单步、8位、脱机）；先按RESET 按键，再按START按键，进行初始化。
2、按下表所列操作在8位机上进行运算器脱机实验，结果如表所示。
其中D1取为01H，D2取为10H；通过两个12位的红色微型开关向运算器提供控制倍，通过8位数据开关向运算器提供数据（高8位的数据开结果分析：由结果可知，只要按AM2901芯片功能给出其相应的控制信号，即可完成相应的功能。
另AM2901操作周期如下：A、B口数据锁存通用寄存器接收即在下降沿时，A、B口数据锁存器锁存数据，在低电平时通用寄存器接收数据，因此在压START前，ALU输出为结果，压START后，产生高电平到低电平的变化，此时ALU输出的结果存入通用寄存器中，而ALU则输出操作再次被执行的结果，但该结果没有存入通用寄存器中，则下次操作时使用的寄存器值为存入值（表中表现为压START前值）。
实验结论：通过此项实验使我们了解了AM2901运算器的功能与用法，熟悉了2片AM2901的级连方式，以及深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识，让我们加深了对AM2901运算器各项特性的认知程度。
实验二：控制器部件教学实验实验目的：通过教学计算机中已经设计好并正常运行的几条典型指令的功能、格式和执行流程后，设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。
达到以下目的：1、理解计算机控制器的功能、组成知识2、学习计算机各类典型指令的执行流程3、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立总体概念4、学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术实验仪器：TEC-2000教学计算机实验原理：控制器设计是学习计算机总体组成的设计的重要部分，要在TEC-2000教学机上完成实验，要了解以下内容：1、TEC-2000的功能部件及其连接关系；2、TEC-2000的每个功能部件的功能和控制其运行办法；3、TEC-2000支持的指令格式和指令执行流程分组情况；4、TEC-2000中已经设计并正常运行的各类指令的功能、格式和执行流程，也包括控制器设计与实现中的具体线路和控制信号的组成；5、自己要实现的指令格式、功能、执行流程设计中必须遵从的约束条件。
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。
计算机组成原理实验1_脱机运算器
实验一．脱机运算器部件实验一、教学计算机的通电启动和关闭操作1.教学计算机系统通电启动的操作步骤：(1) 准备一台串行接口运行正常的PC机；(2) 将TH-union计原16放在实验台上，打开实验箱的盖子，确定电源处于断开状态；(3) 将黑色的电源线一端接220V交流电源，另一端插在计原16实验箱的电源插座；(4) 取出通讯线，将通讯线的9芯插头接在计原16实验箱后板上左侧位置的串口插座，另一端接到PC机的串口上；(5) 将计原16实验系统左下方的五个黑色的功能控制开关置于00010的位置（连续、内存读指令、微程序、联机、16位），开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”；(6) 接通电源，船形开关和5V电源指示灯亮。
(7) 在PC机上运行PCEC16.EXE文件，根据使用的PC机的串口情况选“1”或“2”，其它的设置一般不用改动,直接回车即可。
(具体步骤附后)(8) 按一下“RESET”按键,再按一下“START”按键，PC机屏幕上显示：TH-union CRT MONITORVersion 1.0 April 2001Computer Architectur Lab.， Tsinghua UniversityProgrammed by He Jia>这个版权信息显示出来之后，表示教学机已经进入正常运行状态，等待输入监控命令。
实验注意事项：1.连接电源线和通讯线前TH-union计原16实验系统的电源开关一定要处于断开状态，否则可能损坏教学计算机系统的或PC机的串行接口电路；2.五个黑色控制开关的功能示意图如下：开关位置，自左向右共5个，分别控制1 2 3 4 5向上拨：单步手工拨指令组合逻辑运算器联机 8位向上拨：连续读内存指令微程序运算器脱机 16位几种常用的工作方式，（开关向上拨表示为1，向下拨表示0）工作方式功能开关状态连续运行程序、硬连线控制器、联机、16位机 00110连续运行程序、微程序控制器、联机、16位机 00010单步、手拨指令、硬连线控制器、联机、16位机 11110单步、手拨指令、微程序控制器、联机、16位机 11010单步、脱机运算器实验、16位机 100002.关闭教学计算机系统在需要关闭教学计算机系统时，应首先通过安装在机箱右侧板上的开关关闭交流电源，教学机上的全部指示灯都会熄灭。
运算器实验报告--孔锐-16281132-1
脱机运算器实验报告理论课教师姓名：高金山实验指导教师：坐位号：54 姓名：孔锐学号：16281132实验目的：1、深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；2、深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识实验内容：运算器实验（2）实验步骤将教学机左下方的5个拨动开关置为1XX00（单步、16位、脱机）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。
接下来，按下表所列的操作在机器上进行运算器脱机实验，将结果填入表中：实验结果分析：在做实验分析之前，先把与该实验相关的有关总结性内容展示如下：1、脱机运算器实验，是指让运算器从数学计算机整机中脱离出来，此时，他的全部控制与操作均需通过两个12位的卫星开关来完成，这就谈不上执行指令，只能通过开关，案件控制数学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算器结果。
（1）12位的微型开关的具体控制功能分配如下：A口，B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：I8-I0：选择操作数来源，运算操作数功能，选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制码：SCI、SSH和SST：用于确定运算器最低位的进位输入，移位信号的入\出和怎样处理AM2901产生的状态标志位的结果。
（2）开关位置说明：（3）做脱机运算器实验时，要用到提供24位控制信号的微动开关和提供16位数据的拨动开关，微动开关有三个一个可以提供12位的控制信号三个开关分别标有SW1-micro-switch、SW2-micro-switch和SW3-micro-switch。
他们所对应的控制信号见下表；数据开关是黑色的，左边的标有SWH的是高8位；右边的标有SWL的是低8位(4)开关检测红色微动开关是该实验系统中使用寿命最短的器件，开关好坏的检测方法比较简单，用户将五个控制机器工作方式的开关置于“1XX00”。
二、结果分析，先给出各个表：由上表可知，所做的实验则是对数据的存放，自加，移位，不同存储器之间的相加相减等，实验中，各个数据的均为16进制显示，有4个4位LED灯显示信号，分析：此指令要完成的目的是将FFFF赋给R0.B口对应R0，且地址为0000；只有R0一个值，所以A口不用。
实验1：脱机运算器实验(实验介绍版)
实验一 脱机运算器实验一、实验目的1、深入了解位片结构运算器AM2901的功能与用法；2、学习4片AM2901组成一个16位运算器的级连方式，深化运算器部件的组成、设计、控制和使用等方面的知识。
二、实验原理运算器是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。
基本操作包括加、减、乘、除四则算术运算，与、或、非、异或等逻辑运算，以及传送、移位、比较等操作。
运算器的组成除了ALU 单元外，还包括必要的寄存器和移位器等部件。
寄存器用于存放操作数和运算结果，以节省访问存储器的时间；移位器实现数据的移位功能，以扩展ALU 的运算功能，增加数据传送的灵活性。
AM2901是一个4位运算器，主要由ALU 、输入多路选择器、输出选择器、寄存器组和移位器等组成，如图1-1所示。
图1-1 AM2901芯片的内部组成结构1）算术逻辑ALUALU 为4位算术逻辑单元，共有8种运算功能，由输入端I 5I 4I 3的编码值决定执行哪一种功能。
2）通用寄存器组AM2901内部有一个通用寄存器组，共有16个4位的寄存器。
寄存器组有A 和B 两个端口，其中端口A 只有读出数据功能，端口B 具有读出和写入两种功能。
即数据可以从A 口和B 口输出，但只能从B 口输入。
3）Q 寄存器Q 寄存器为4位，在乘除运算中可用来存放乘数或商，故又称为乘商寄存器。
Q 寄存器本身具有移位功能，可对数据进行左移一位或右移一位的处理。
4）ALU 输入多路选择器AM2901具有两个输入多路选择器R 和S ，为ALU 提供两个操作数。
R 可选择来自数据线的数据D （来自外部）或寄存器组端口A 的数据；S 可从寄存器组端口A 、B 和Q 寄存器3个来源选取数据。
两个操作数的组合由控制信号I 2I 1I 0的编码确定。
5）移位器4位，用于对ALU 的输出实现直送、左移或右移处理。
6）输出选择器选择AM2901输出数据Y 的来源。
输出数据Y 有两个来源：一个是ALU 的运算结果F ，另一个是直接来自寄存器组端口A 。
计算机组成原理 运算器实验
科技学院课程设计实验报告( 2014--2015年度第一学期)名称：计算机组成原理综合实验题目：运算器实验院系：信息工程系班级：学号：学生姓名：指导教师：李梅王晓霞设计周数：一周成绩：日期：2015 年 1 月一、目的与要求（1）熟悉与深入理解4位的运算器芯片Am2901的功能和内部组成，运行中要求使用的控制信号及其各自的控制作用；（2）熟悉与深入理解用4片4位的运算器芯片构成16位的运算器部件的具体方案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系；（3）熟悉与深入理解用2片GAL20V8芯片解决ALU最低位的进位输入信号和最高、最低位的移位输入信号、实现4位的标志位寄存器的方案，理解为什么这些功能不能在运算器芯片之内实现而要到芯片之外另外处理。
（4）明确教学计算机的运算器部件，使用总计23位的控制信号就完全确定了它的全部运算与处理功能，脱机运算器实验中可以通过24位的微型开关中的23位提供这些控制信号，教学计算机正常执行指令时，这些控制信号必须改由控制器部件来提供。
在两种方式下，每一位（组）的控制功能是完全相同的。
二、实验正文1．实验内容1．1脱机运算器和联机运算器的区别和联系运算器是计算机硬件系统传统的5大功能部件之一，承担执行运算和暂存运算。
数据的功能，通常由执行算术逻辑运算功能的ALU线路。
暂存参加ALU运算的数据和中间运算结果的通用寄存器组、支持乘法运算的专用寄存器三部分组成，三部分之间通过多线路选择器线路实现连接，从而构成一个完整的运算器部件。
TEC-XP16教学计算机的运算器部件，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为输出直接送到地址寄存器AR的不同字段，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。
脱机运算器实验的心得体会
脱机运算器实验的心得体会脱机运算器实验的心得体会在进行脱机运算器实验的这段时间里，我深刻体会到了计算科学的重要性和计算机的强大能力。
脱机运算器实验帮助我更好地理解了计算机原理和运算逻辑，并加深了对计算机科学的兴趣和热情。
首先，在实验中我学会了如何构建一个简单的脱机运算器。
通过搭建电路和对各个部件进行连接，我成功地实现了一个可以进行基本运算的计算器。
这个过程让我体会到了计算机的组成原理和工作原理，深入了解了计算机内部的硬件结构和运行机制。
其次，通过实验，我对计算机中的逻辑电路有了更深入的了解。
在构建计算器的过程中，我使用了与门、或门和非门等逻辑门电路，实现了运算器的基本逻辑功能。
对于逻辑电路的设计和实现，我进一步理解了计算机内部的数据传输和处理过程，提高了自己的逻辑思维能力。
另外，通过实验，我也更加明确地认识到了计算机的运算速度和存储能力的重要性。
在实验过程中，我发现自己设计的计算器在处理较大的数字时速度明显变慢，并且容易出现溢出和错误的情况。
这让我意识到了计算机性能的关键所在，加深了我对计算机性能优化和存储管理的理解。
此外，在脱机运算器实验中，我还学到了如何进行错误调试和故障排除。
在实验过程中，我经常会遇到电路连接不正确、元器件损坏或者程序设计错误等问题，这些问题使得计算器无法正常工作。
为了解决这些问题，我学习了使用万用表和逻辑分析仪等工具进行故障排查，锻炼了自己的问题解决能力。
最后，通过脱机运算器实验，我也体会到了团队合作的重要性。
在实验中，我与同学们一起合作，共同探索和解决问题。
通过彼此的交流和协作，我们不仅更好地理解了实验原理和过程，还提高了自己的团队合作意识和能力。
这对于今后的学习和工作都具有重要的意义。
总结起来，脱机运算器实验是我在计算机科学领域的一次宝贵经历。
通过实验，我不仅加深了对计算机原理和逻辑的理解，还提高了自己的实践能力和问题解决能力。
我相信，这次实验对我今后的学习和研究都会产生积极的影响，并为我未来的发展奠定坚实的基础。
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大连理工大学实验预习报告
学院（系）：电子信息与电气工程学部专业：计算机科学与技术班级：1101姓名：郝宽宽学号：201181394
指导教师签字：成绩：
实验一：脱机运算器实验
一、实验目的和要求
（1）理解运算器芯片Am2901的功能和内部组成，运行中使用的控制信号及各自的控制作用；
（2）理解4片Am2901构成16位运算器的具体方案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系；
（3）使用24位微型开关中的23位控制信号确定运算与处理功能。
二、实验原理、逻辑框图和实验设备
实验原理：
①运算器脱离与计算机主机的连接；
②数据开关拨入参加运算的数据；
③微型开关提供操作运算器运行必须控制信号；信号指示灯观察运算结果，信号
亮表示高电平1，信号灯灭表示低电平0；
④最低位的进位输入信号Cin和左右移位输入信号RAM0、Q0、RAM15、Q15由MACH
内部SHIFT线路提供。
Am2901内部组成逻辑框图：
4片Am2901构成16位运算器逻辑框图：
实验设备：
清华大学 TEC-XP 实验箱的MACH 部分
三、实验内容
（1）实现如下6项操作功能：R0 ← 1234，R9 ← 789F ，R9 ← R9-R0 ，R0 ← R0+1 ，R10← R0 ，R9 ← R9^R0 。
（2）找出上述实现每一操作功能要用到的控制码。
填写表中各组控制信号正确值，然后填入运行结果的状态信息表。
四、实验步骤
（1）将教学机左下方的 5 个拨动开关置为1XX00（单步、16 位、脱机）；先按一下“RESET ”按键，再按一下“START ”按键，进行初始化。
（2）按实验内容（1）的操作在机器上进行运算器脱机实验，输入时需要转换通过两个12 位的红色微型开关向运算器提供控制信号，通过16位数据开关向运算器提供数据，通过指示灯观察运算结果及状态标志。
（3）二进制数据由拨动开关SW 给出的（注：实验所给数据为十六进制数，需要转化为二进制输入）。
按“START ”按键之前，ALU 输出的是计算结果，A 、B 口数据锁存是在时钟的下降沿，通用寄存器的接收是在低电平，要想寄存器接收ALU 计算结果必须按一次“START ”。
（4）记录实验数据并分析。
D11~D8 Y 15~Y12
Am 2902
Cn+z /G /P Cn+y /G /P Cn+x /G /P
OVR Q0
RAM 0 Cin
I 8~I0
B 地址
A 地址
/OE CP
Q15 RAM15 Cy
F15
D
D7~D4
D15~D12 Y3~Y0
Y7~Y4
Y 11~Y8
F=0
+5v
低位 Am2901
高位 Am2901
R
大连理工大学实验报告
学院（系）：电子信息与电气工程专业：计算机科学与技术班级：1101
姓名：郝宽宽学号：201181394
指导教师签字：成绩：
实验一：脱机运算器实验
一、实验操作步骤
(1)将教学机左下方的5 个拨动开关置为1XX00（单步、16 位、脱机）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。
(2)按预习报告实验内容（1）的操作在机器上进行脱机运算器实验。
如：R0 ← 1234。
通过指示灯观察运算结果及状态标志。
(3)二进制数据由拨动开关SW给出的（注：实验所给数据为十六进制数，需要转化为二进制输入）。
如：1234表示十六进制数，转化为二进制为0001 0010 0011 0100，在SW16位数据开关从左到右依次输入（0表示开关拨下去为低电平，1表示开关拨上去为高电平）。
(4)数据输入后将数据赋值给16位寄存器地址单元R0（如B地址给0），则需要用到两个12位的红色微型开关向运算器提供控制信号。
将B端口对应的区域设置为0000，A 端口对应的区域关闭。
I2-0为111表示将操作数分别为0和所输入的数据。
I5-3为000表示将两个操作数相加。
I8-6为011表示将赋值结果输出并给B端口地址的寄存器单元保存（按“START”键之后）。
SST设置为001表示接受ALU的标志位输出的值
SSH SCI均置为00 00 无最低位进位。
此时输出信号灯Y15-0会显示0001 0010 0011 0100（0表示等灭，1表示灯亮），即1234H。
(5)按“START”按键之前，ALU 输出的是计算结果，A、B 口数据锁存是在时钟的下降沿，通用寄存器的接收是在低电平，要想寄存器接收ALU计算结果必须按一次“START”。
(6)记录实验数据，并进行分析。
二、实验数据记录
预期功能
控制信号
I8-6 I5-3 I2-0 SST A地址B地址SCI SSH
R0←1234 011 000 111 001 0000 0000 00 00 R9←789F 011 000 111 001 0000 1001 00 00 R9←R9-R0 011 001 001 001 0000 1001 01 00 R0←R0+1 011 000 011 001 0000 0000 01 00 R10←R0 011 000 100 001 0000 1010 00 00 R9←R9ΛR0 011 100 001 001 0000 1001 00 00
功能
按START之前按START之后
Y15-0 C Z V S Y15-0 C Z V S
R0←1234 0001 0010 0011 0100 0 0 0 0 0001 0010 0011 0100 0 0 0 0
R9←789F 0111 1000 1001 1111 0 0 0 0 0111 1000 1001 1111 0 0 0 0
R9←R9-R0 0110 0110 0110 1011 0 0 0 0 0101 0100 0011 0111 1 0 0 0
R0←R0+1 0001 0010 0011 0101 1 0 0 0 0001 0010 0011 0110 0 0 0 0
R10←R0 0001 0010 0011 0101 0 0 0 0 0001 0010 0011 0101 0 0 0 0
R9←R9ΛR0 0000 0010 0010 0001 0 0 0 0 0000 0010 0010 0001 1 0 1 0
三、实验结果与分析
本实验可以用不同的方法来实现。
但是，此次实验采用了PPT中建议的方式。
主要分析在按START之前和之后数据的状态。
如操作R0 ← 1234：在初始化（RESET）并开始（START）之后，给B端口选一个单元地址R0（即，B=0000），并将1234H赋值给B，ALU执行R0←B（R0）+0运算并显示信号（0001 0010 0011 0100）。
尽管如此，但运算器没有把操作结果存储在R0，只有当按下START后，才会将数据保存在R0中，此时因为另外的操作数为0，故ALU又执行了一遍R0←B（R0）+0后输出仍未改变。
又如R0←R0+1：按START前后ALU输出的值不一样了，原因在于按START之后R0保存了正确答案，但是此时ALU又执行了一遍R0←R0+1（如表按后输出加了1）。
如逻辑运算R9←R9ΛR0：由等幂律可知，R9ΛR0ΛR0=R9ΛR0，故即使在按START 之后，ALU输出仍然不变。
四、讨论、建议、质疑
运算器是计算机运算的核心，它通过接受来自控制器的控制信号来操作输入的数据，同时通过SST信号来控制它的标志输出，完成相应的反馈和运算。
通过学习它处理数据的原理，加深了对汇编语言运算的理解。
但是此实验并没有反应出控制信号的原理，导致不能够很清楚的理解在做减法的时候为什么最低位需要进一，因为通过补码的运算算出的结果和实验结果有出入。
如果了解了控制信号的原理，会更加深入了解运算的过程。