实验三 脱机运算器实验
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。
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
运算器实验原理
运算器实验原理
运算器实验是一种电子电路实验，旨在探究运算器的原理和功能。
运算器是一种电路，它可以对数字信号进行特定的算术和逻辑运算，如加法、乘法、与、或、非等。
它通常被用作数字信号处理系统中的核心组件，例如计算机和数字信号处理器。
运算器实验原理主要包括以下内容：
1. 运算器的基本结构和功能原理。
2. 运算器的内部电路，例如加法器、乘法器、逻辑电路等。
3. 运算器的运算精度，包括浮点数精度和定点数精度。
4. 运算器的时钟频率和响应速度。
5. 运算器的测试方法和性能评估。
在运算器实验中，通常会使用逻辑电路芯片（例如74LS00、
74LS08等）来实现运算器的基本逻辑功能，而使用可编程逻
辑器件（例如FPGA、CPLD等）来实现更复杂的功能，例如
浮点数运算、定点数运算等。
实验者需要熟悉逻辑电路设计和程序设计的基本原理，以便能够进行有效的实验设计和调试。
实验过程中，需要使用数字示波器、信号发生器、直流电源等测试仪器，以对运算器的输入输出波形进行监测和分析。
同时，需要进行各种性能评估，例如电路响应速度、功耗、噪声等方
面的测试，以深入理解运算器的工作原理和特点。
总之，运算器实验是一项非常有挑战性和实用价值的电子电路实验，它可以帮助实验者掌握数字信号处理系统和计算机系统中的基本概念和技能，为未来的研究和工作打下坚实的基础。
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--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。
!1脱机运算器实验
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 ”。
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。
实验一：脱机运算器实验
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。
运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，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位的位片结构运算器，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 寄存器位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 。
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实验三脱机运算器实验
一、实验目的：
深入了解AM2901运算器的功能与具体用法，2片（16位为4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。
二、实验说明：
脱机运算器实验，是指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（不执行指令），只能通过开关、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。
下面简介与实验有关的开关与按键的功能。
做脱机运算器实验，要用到提供24位控制信号的微动开关（红色的），标有Micro switch 1和Micro switch 2；还有提供16位数据的拨动开关（黑色的），标有SWH的是高8位，标有SWL的是低8位。
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I8-I0：选择操作数来源、运算操作功能、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；
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；
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。
运算器的控制信号
状态寄存器的接收与保持
注:表中的×表示不必处理、不必过问该位的取值；
当通用寄存器本身移位时, Q寄存器不受影响；
乘除运算要求实现通用寄存器与Q寄存器联合移位；没有Q寄存器单独移位功能。
三、实验内容：
1．将教学机左下方的5个拨动开关置为1××00（单步、脱机、16位），先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。
2．接下来，按下表所列的操作在十六位机上进行运算器脱机实验，将结果填入表中，并解释每行操作的含义：其中D1取为0101H，D2取为1010H；通过两个12位的红色微型开关向运算器提
注意二进制和十六进制之间的转换。
按START前，ALU输出的是计算结果，参照ALU的操作周期的时序可知，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，所以想要寄存器接收ALU的计算结果必须按一次START按键。
四、实验要求
1.实验之前认真预习，写出预习报告，包括操作步骤，实验过程所用数据和运行结果等，否则实验效率会很低，所学到的内容也会大受影响；
2.实验过程当中，要仔细进行，防止损坏设备，分析可能遇到的各种现象，判断结果是否正确，记录运行结果；
3.实验之后，认真写出实验报告，包括对遇到的各种现象的分析，实验步骤和实验结果，自己在这次实验的心得体会与收获。