带进位控制的8位算逻单元
8位移位寄存器原理
8位移位寄存器原理8位移位寄存器（8-bit shift register）是一种经典的数字电路元件，在计算机和电子系统中被广泛应用。
它能够将输入数据按位进行移动和暂时存储，并且可以通过控制信号来控制移位方向和操作模式。
本文将详细介绍8位移位寄存器的工作原理及其应用。
1.基本原理8位移位寄存器由8个触发器组成，每个触发器负责存储并传输一个位数据。
这些触发器可以是D触发器、JK触发器或T触发器，具体根据设计的需要来确定。
移位寄存器将相邻触发器的输出与输入连接起来，形成一个环形结构。
2.移位操作(1)串行移位：在串行移位模式下，数据从最低位（LSB）依次向最高位（MSB）移动。
数据可以从一个输入端（如D输入）输入，也可以从上一个触发器输出传输过来。
通过控制时钟输入信号，每个时钟周期，数据向左或向右移动一个位，新的数据进入移位寄存器的最低位，最高位的数据被移出。
移入的数据可以是新的输入数据，也可以是上一个触发器的输出数据。
这样，移位寄存器就可以暂时存储输入数据，并实现数据的移动，同时保持之前的数据不变。
(2)并行移位：在并行移位模式下，整个数据可以一次性输入或输出。
可以通过并行输入信号一次性输入8位数据，或者通过并行输出信号一次性输出8位数据。
3.移位方向4.控制信号控制信号是控制8位移位寄存器工作的重要因素，主要有以下几个：(1)时钟信号：用于控制数据的移动速度和时序，每个时钟周期移动一个位。
(2) 重置信号（Reset）：用于清除移位寄存器中存储的数据，将所有触发器的输出设为0。
(3) 并行输入信号（Shift/Load）：用于选择是进行串行移位还是并行移位。
当选择串行移位时，输入信号会逐位移入，否则，输入信号通过并行输入端一次性加载到移位寄存器。
(4) 移位方向信号（Shift Left/Right）：用于选择移位方向。
当设置为左移时，数据从最低位向最高位移动；当设置为右移时，数据从最高位向最低位移动。
8位算术逻辑运算(组成与结构实验)
南京晓庄学院信息与技术学院计算机组成原理与结构课题实验报告实验名称：8位算术逻辑运算年级专业班级：级专业班级学号：姓名：学号：姓名：学号：姓名：时间：2013 年11 月16 日掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。
掌握模型机运算器的数据传送通路组成原理。
验证74LS181的组合功能。
二、实验仪器设备、器件及环境：仪器设备名称规格型号编号备注计算器组成原理实验系统DVCC-C8JH2011059820112037PC00112E42三、实验方法、原理：实验原理运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。
运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连。
运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存。
锁存器的输入连至数据总线，数据开关（INPUT DEVICE）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连。
数据显示灯（BUS UNIT）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。
四、实验内容、步骤：仔细查看试验箱，按以下步骤连线1）ALUBUS连EXJ32) ALU01连BUS13) SJ2连UJ24) 跳线器J23上T4连SD5) LDDR1,LDDR2,ALUB,SWB四个跳线器拨在左边6) AR跳线器拨在左边，同时开关AR拨在“1”电平连接线路，仔细检查核对后接通电源。
用二进制数据开关KD0-KD7向DR1和DR2寄存器置入8位运算数据。
检验DR1和DR2置入的数据是否正确。
验证74LS181的算术和逻辑运算功能。
据输入三态门SWB=1，打开ALV输出三态门ALV=0. S3.S2.S1.S0M0为11111时总线指示灯显示DR1中的数为35，而DR2中的数为48六、实验体会：在连线时ALU01和BUSI相连时有6个接口，连接时注意对齐写入数据时注意调至写入开关通过这次实验，对算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理有了一定的认识，对接下来的学习和实验起到了很好的引导作用。
8位可控加减法电路设计logisim的源码
8位可控加减法电路设计logisim的源码
8位可控加减法电路设计在Logisim中的实现是一项技术性较强的工作，需要精确控制各个组件之间的逻辑关系。
为了确保设计的可靠性和稳定性，设计师需要考虑多个方面。
首先，确保选择的加法器或减法器组件符合电路需求，同时还要注意输入输出位数要匹配，否则会影响运算结果的精度。
此外，为了提高电路的运算速度，可以选择高速的加法器或减法器组件。
其次，控制信号的设计是关键。
这些信号必须精确地控制加法器或减法器的开关状态，以实现可控的加减法运算。
设计师可以使用逻辑门（如AND门和NOT门）来组合控制信号，以实现所需的逻辑关系。
同时，为了确保控制信号的稳定性和可靠性，设计师需要采取相应的措施，如使用去抖动电路等。
最后，设计师需要考虑电路的布局和布线。
合理的布局和布线可以减少信号干扰和延迟，提高电路的性能和稳定性。
此外，为了方便调试和测试，设计师可以在电路中加入适当的显示和调试组件。
综上所述，8位可控加减法电路设计在Logisim中的实现需要综合考虑多个方面，包括组件选择、控制信号设计、电路布局和布线等。
只有全面考虑这些因素，才能设计出高性能、高稳定性的电路。
《计算机组成原理》学生实验报告
《计算机组成原理》学生实验报告（2011~2012学年第二学期）专业：信息管理与信息系统班级： A0922学号：10914030230姓名：李斌目录实验准备------------------------------------------------------------------------3 实验一运算器实验-----------------------------------------------------------7 实验二数据通路实验-------------------------------------------------------13 实验三微控制器实验--------------------------------------------------------18 实验四基本模型机的设计与实现------------------------------------------22实验准备一、DVCC实验机系统硬件设备1、运算器模块运算器由两片74LS181构成8位字长的ALU。
它是运算器的核心。
可以实现两个8位的二进制数进行多种算术或逻辑运算，具体由74181的功能控制条件M、CN、S3、S2、S1、S0来决定，见下表。
两个参与运算的数分别来自于暂存器U29和U30（采用8位锁存器），运算结果直接输出到输出缓冲器U33（采用74LS245，由ALUB信号控制，ALUB=0，表示U33开通，ALUB=1，表示U33不通，其输出呈高阻），由输出缓冲器发送到系统的数据总线上，以便进行移位操作或参加下一次运算。
进位输入信号来自于两个方面：其一对运算器74LS181的进位输出/CN+4进位倒相所得CN4；其二由移位寄存器74LS299的选择参数S0、S1、AQ0、AQ7决定所得。
触发器的输出QCY就是ALU结果的进位标志位。
QCY为“0”，表示ALU结果没有进位，相应的指示灯CY灭；QCY为“1”，表示ALU结果有进位，相应的指示灯CY点亮。
计算机组成原理 《8位指令系统结构(ISA)的设计和实现》
3.1.1 数据格式
本设计中所有需要处理的数据全部采用定点无符号整数表示，8 个 bit 位，格式如
下：
76543210 数值
数据的范围是 0～28，即 0～255。
3.1.2 机器指令描述
机器指令描述见下表。
指令 类别 输 入 输 出 类 指 令
指令 名称 输入 指令
输出 指令
表 3-1 机器指令描述
图 2.3 时序信号图
TS1 时进行微程序控制器控制，TS2 时进行微指令寄存器控制，TS 时控制 LDIR、 LDAR，TS4 时对 P（1）、P（2）、P（3）、P（4）、AR、LOPC、LDRi、LDDR1、LDDR2 进行控制。
6
计算机组成原理课程设计
3 初步设计阶段
3.1 数据格式和机器指令描述
C 字段
9 8 7 开关 说明
0 0 1 P(1) 指令译码器中的 P(1)为低电平有效
0 1 0 P(2) 指令译码器中的 P(2)为低电平有效
0 1 1 P(3) 指令译码器中的 P(3)为低电平有效
1 0 0 P(4) 指令译码器中的 P(4)为低电平有效
1 1 0 LDPC 将自动输入的数据加 1 后输入到 PC 计数器中的控制开关
1 0 1 AR
本设计中不涉及
0 0 1 NULL 空操作
（5）字段 6～1 为该条微程序的八位二进制后继地址，其决定顺序执行哪条微程序。
3
计算机组成原理课程设计
2.2 指令译码电路分析 指令译码工作原理图如下：
SE5 SE4 SE3 SE2 SE1
FZ FC
SW-A T4 P(1)
SW-B P(2) P(3) P(4)
WE A9 A8
8位ALU设计
8位算术逻辑单元设计电子12-112060401248位算术逻辑单元设计1.概述算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。
算术逻辑单元（Arithmetic&logical Unit）是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由"And Gate"（与门）和"Or Gate"（或门）构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二位元的算术运算，如加减乘(不包括整数除法)。
基本上，在所有现代CPU体系结构中，二进制都以补码的形式来表示。
通常而言，ALU具有对处理器控制器、内存及输入输出设备的直接读入读出权限。
输入输出是通过总线进行的。
输入指令包含一个指令字，有时被称为机器指令字，其中包括操作码，单个或多个操作数，有时还会有格式码；操作码指示ALU机要执行什么操作，在此操作中要执行多少个操作数。
比如，两个操作数可以进行比较，也可以进行加法操作。
格式码可与操作码结合，告知这是一个定点还是浮点指令；输出包括存放在存储寄存器中的结果及显示操作是否成功的设置。
如操作失败，则在机器状态字中会有相应的状态显示。
大部分ALU都可以完成以下运算∶整数算术运算（加、减，有时还包括乘和除），位逻辑运算（与、或、非、异或），移位运算。
2.ALU设计2.1设计目标设计要求该处理器的数据宽度是8bit，可以实现算术加法、算术减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非、逻辑或非和逻辑异或等8种运算。
2.2逻辑分析依照ALU的原理与逻辑结构原理图，用超前进位的方法能实现下面八种功能操作的4位ALU，并对电路进行封装。
设定：输入信号：A4-A1、B4-B1、F3-F1、低位进位端C0、（级联控制端G）；输出信号：S4-S1、进位C4 4位ALU的八种功能如下：把低位的进位连接到高一位的本位上，而当F3F2F1的值为001、011、101 时，C0的值为1，其余为0，于是C0应满足：C0=GF1/F1F2F3+C0/G。
微机原理指令小结
8086CPU指令小结所有指令：（1）立即数不能作为目的操作数。
（2）不能在2个存储单元之间直接进行操作（串操作除外）。
（3）MOV指令和堆栈指令是惟一能对段寄存器进行操作的指令。
（4）源和目的操作数的数据类型必须匹配，都是8位，或都是16位。
（5）CS 、IP不能直接作为操作数。
（6）指令中至少要有一项明确说明传送的是字节还是字，如果没有，可通过PTR进行设置。
一、传送指令（1）6种指令：通用传送指令、堆栈操作指令、交换操作指令、I/O操作指令、目的地址传送指令和标志传送指令。
（2）对标志位的影响：除标志传送（SAHF、POPF）外，均不影响标志位。
（3）操作数表示方法：立即数——data，存储器单元地址——mem，寄存器——reg，段寄存器——segreg。
1. 通用传送指令：完成数据传送（1）指令格式：MOV OPRD1，OPRD2 ；[目的操作数OPRD1]←[源操作数OPRD2] （2）源OPRD2：data、mem、reg、segreg。
（3）目的OPRD1：mem、reg、segreg。
（4）通用传送指令MOV和堆栈指令是唯一允许以段寄存器（代码段寄存器CS和指令指针IP除外，即CS 、IP不能作为直接操作数）作为操作数的指令，不允许通过MOV 指令直接以立即数方式给段寄存器赋值，不允许直接在两个段寄存器之间直接进行传送。
（5）8位/16位操作。
2. 堆栈操作指令：将数据压入/弹出堆栈（1）指令格式：入栈：PUSH OPRD；先修改堆栈指针SP-2，然后将数据压入堆栈。
；SP =SP-1，[SP]=操作数高8位；SP =SP-1，[SP]= 操作数低8位。
出栈：POP OPRD；先将数据弹出堆栈，然后修改堆栈指针SP+2。
；（操作数低8位）←[SP]，SP =SP+1；（操作数高8位）←[SP]，SP =SP+1。
（2）操作数：mem、reg、segreg。
操作数不能是立即数data。
8位ALU设计.doc
8位算术逻辑单元设计电子12-18位算术逻辑单元设计1.概述算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。
算术逻辑单元（Arithmetic&logical Unit）是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由"And Gate"（与门）和"Or Gate"（或门）构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二位元的算术运算，如加减乘(不包括整数除法)。
基本上，在所有现代CPU体系结构中，二进制都以补码的形式来表示。
通常而言，ALU具有对处理器控制器、内存及输入输出设备的直接读入读出权限。
输入输出是通过总线进行的。
输入指令包含一个指令字，有时被称为机器指令字，其中包括操作码，单个或多个操作数，有时还会有格式码；操作码指示ALU机要执行什么操作，在此操作中要执行多少个操作数。
比如，两个操作数可以进行比较，也可以进行加法操作。
格式码可与操作码结合，告知这是一个定点还是浮点指令；输出包括存放在存储寄存器中的结果及显示操作是否成功的设置。
如操作失败，则在机器状态字中会有相应的状态显示。
大部分ALU都可以完成以下运算∶整数算术运算（加、减，有时还包括乘和除），位逻辑运算（与、或、非、异或），移位运算。
2.ALU设计2.1设计目标设计要求该处理器的数据宽度是8bit，可以实现算术加法、算术减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非、逻辑或非和逻辑异或等8种运算。
2.2逻辑分析依照ALU的原理与逻辑结构原理图，用超前进位的方法能实现下面八种功能操作的4位ALU，并对电路进行封装。
设定：输入信号：A4-A1、B4-B1、F3-F1、低位进位端C0、（级联控制端G）；输出信号：S4-S1、进位C4 4位ALU的八种功能如下：把低位的进位连接到高一位的本位上，而当F3F2F1的值为001、011、101 时，C0的值为1，其余为0，于是C0应满足：C0=GF1/F1F2F3+C0/G。
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实验（三）带进位控制8位算术逻辑运算实验
实验（三）带进位控制8位算术逻辑运算实验
一、实验目的
1、验证带进位控制的算术逻辑运算发生器74LSl8l的功能。
2、按指定数据完成几种指定的算术运算。
二、实验内容
1、实验原理
带进位控制运算器的实验原理如图3.1所示，在实验一的基础上增加进位控制部分，其中高位74LS181（U31）的进位CN4通过门UN4E、UN2C、UN3B 进入UN5B的输入端D，其写入脉冲由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。
AR是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验。
从图中可以看出，AR必须为
D型触发器74LS74（UN5B）的时钟端CLK才有脉冲信号输入。
才可以将本次运算的进位结果CY锁存到进位锁存器74LS74（UN5B）中。
2、实验接线
实验连线(1)～(5)同实验一，详细如下：
（1）ALUBUS~连EXJ3；
（2）ALUO1连BUSl；
（3）SJ2连UJ2；
（4）跳线器J23上T4连SD；
（5）LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB四个跳线器拨在左边（手动方式)；
（6）AR、299B跳线器拨在左边，同时开关AR开关299B
（7）J25
（8）总清开关拨在“1”电平。
若总清开关拨在“0”电平，Cy清零。
3、实验步骤
（1）仔细查线无误后，接通电源。
（2）用二进制数码开关KDO ～KD7向DRl 和DR2 寄存器置数。
方法：关闭ALU 输出三态门ALUB=1，开启输入三态门SWB=0，输入脉冲T4按手动脉冲发生按钮产生。
如果选择参与操作的两个数据分别为55H 、AAH ，将这两个数存入DR1和DR2
（3）开关ALUB=0，开启输出三态门，开关SWB=1，关闭输入三态门，同时让LDDR1=0，LDDR2=0。
（4）如果原来有进位，CY=1，进位灯亮，但需要清零进位标志时，具体操作方法如下：
◆ AR 信号置为“0”电平，DRl S1、S0、M 的状态置为。
◆ 按动手动脉冲发生开关，CY=0，即清进位标志。
注：进位标志指示灯CY 亮时，表示进位标志为“1”，有进位；
进位标志指示灯CY 灭时，表示进位位为“0”，无进位。
（5）验证带进位运算及进位锁存功能 这里有两种情况：
● 进位标志已清零，即CY=0，进位灯灭。
✧ 使开关CN=0，再来进行带进位算术运算。
例如步骤（2）参与运算的两
个数为55H 和AAH ，当S3、S2、S1、S0状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl 加DR2再加初始进位位“1” （因CN=0），相加的结果应为ALU=00H ，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。
✧ 使开关CN=1，当S3、S2、S1、S0状态为10010，则相加的结累ALU=FFH ，
并且不产生进位。
● CN 的状态，再来进行带进位算术运
算。
同样步骤（2）参与运算的两个数为55H和AAH，当S3、S2、S1、S0、
M状态为10010
，此时输出数据总线显示灯上显示的数据
为DRl加DR2再加当前进位标志CY，相加的结果同样为ALU=00H，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。
三、实验电路
带进位控制运算器的实验原理电路如图2.1所示。
四、验证两种操作下带进位的运算功能的实验数据记录
五、思考题
1、如何在进位运算操作前对进位标志清零？
2、在进行进位运算操作时，在何种情况下要对进位标志清零？
3、分析硬件电路说明在什么条件下，才能锁存8位运算后的进位标志？
图3.1 带进位控制运算器的数据通路。