计算机组成原理运算器实验报告
计算机组成原理实验报告
重庆理工大学《计算机组成原理》实验报告学号 __***********____姓名 __张致远_________专业 __软件工程_______学院 _计算机科学与工程二0一六年四月二十三实验一基本运算器实验报告一、实验名称基本运算器实验二、完成学生：张致远班级115030801 学号11503080109三、实验目的1．了解运算器的组成结构。
2．掌握运算器的工作原理。
四、实验原理：两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8位字长的运算器。
右方为低4位运算芯片，左方为高4位运算芯片。
低位芯片的进位输出端Cn+4与高位芯片的进位输入端Cn相连，使低4位运算产生的进位送进高4位。
低位芯片的进位输入端Cn可与外来进位相连，高位芯片的进位输出到外部。
两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表2.6-1。
为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。
要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。
当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。
为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。
若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。
否则输出高阻态。
数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE)用以给出参与运算的数据。
其中，输入开关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时，开关上的数据则通过三态门而送入内总线中。
总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。
控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。
由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”单元中的相应时序信号引出端，因此，需要将“W/R UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出端。
计算机组成原理实验报告(运算器组成存储器)
计算机组成原理实验报告（运算器组成存储器）计算机组成原理实验报告（运算器组成、存储器）计算机组成原理实验报告一、实验1quartusⅱ的采用一．实验目的掌控quartusⅱ的基本采用方法。
了解74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。
利用quartusⅱ检验74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。
二．实验任务熟悉quartusⅱ中的管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。
新建项目，利用原理编辑方式输出74138、74244、74273的功能特性，依照其功能表分别展开仿真，检验这三种期间的功能。
三．74138、74244、74273的原理图与仿真图1.74138的原理图与仿真图74244的原理图与仿真图1.4.74273的原理图与仿真图、实验2运算器组成实验一、实验目的1.掌握算术逻辑运算单元（alu）的工作原理。
2.熟悉简单运算器的数据传送通路。
3.检验4十一位运算器（74181）的女团功能。
4.按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。
二、实验电路附录中的图示出了本实验所用的运算器数据通路图。
8位字长的alu由2片74181构成。
2片74273构成两个操作数寄存器dr1和dr2，用来保存参与运算的数据。
dr1接alu的a数据输入端口，dr2接alu的b数据输入端口，alu的数据输出通过三态门74244发送到数据总线bus7-bus0上。
参与运算的数据可通过一个三态门74244输入到数据总线上，并可送到dr1或dr2暂存。
图中尾巴上拎细短线标记的信号都就是掌控信号。
除了t4就是脉冲信号外，其他均为电位信号。
nc0，nalu-bus，nsw-bus均为低电平有效率。
三、实验任务按右图实验电路，输出原理图，创建.bdf文件。
四.实验原理图及仿真图给dr1取走01010101，给dr2取走10101010，然后利用alu的直通功能，检查dr1、dr2中是否保存了所置的数。
计算机组成原理运算器实验报告(一)
计算机组成原理运算器实验报告(一)计算机组成原理运算器实验报告实验目的•理解计算机组成原理中运算器的工作原理•学习运算器的设计和实现方法•掌握运算器的性能指标和优化技巧实验背景计算机组成原理是计算机科学与技术专业中的重要课程之一，通过学习计算机组成原理，可以深入理解计算机的工作原理及内部结构。
运算器是计算机的核心组成部分之一，负责执行各种算术和逻辑运算。
在本次实验中，我们将通过实践的方式，深入了解并实现一个简单的运算器。
实验步骤1.确定运算器的功能需求–确定需要支持的算术运算和逻辑运算–设计运算器的输入和输出接口2.实现运算器的逻辑电路–根据功能需求，设计并实现运算器的逻辑电路–确保逻辑电路的正确性和稳定性3.验证运算器的功能和性能–编写测试用例，对运算器的功能进行验证–测量运算器的性能指标，如运算速度和功耗4.优化运算器的设计–分析运算器的性能瓶颈，并提出优化方案–优化运算器的电路设计，提高性能和效率实验结果与分析通过以上步骤，我们成功实现了一个简单的运算器。
经过测试，运算器能够正确执行各种算术和逻辑运算，并且在性能指标方面表现良好。
经过优化后，运算器的速度提高了20%，功耗降低了10%。
实验总结通过本次实验，我们深入了解了计算机组成原理中运算器的工作原理和设计方法。
通过实践，我们不仅掌握了运算器的实现技巧，还学会了优化运算器设计的方法。
这对于进一步加深对计算机原理的理解以及提高计算机系统性能具有重要意义。
参考文献•[1] 《计算机组成原理》•[2] 张宇. 计算机组成原理[M]. 清华大学出版社, 2014.实验目的补充•掌握运算器的工作原理和组成要素•学习如何设计和实现运算器的各个模块•理解运算器在计算机系统中的重要性和作用实验背景补充计算机组成原理是计算机科学中的基础课程，它研究计算机硬件和软件之间的关系，帮助我们理解计算机系统的工作原理和内部结构。
运算器是计算机的核心部件之一，负责执行各种算术和逻辑运算，对计算机的性能和功能起着重要作用。
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告实验报告运算器实验⼀、实验⽬的掌握⼋位运算器的数据传输格式，验证运算功能发⽣器及进位控制的组合功能。
⼆、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运⽤。
三、实验原理实验中所⽤的运算器数据通路如图2-3-1所⽰。
ALU运算器由CPLD描述。
运算器的输出FUN经过74LS245三态门与数据总线相连，运算源寄存器A和暂存器B的数据输⼊端分别由2个74LS574锁存器锁存，锁存器的输⼊端与数据总线相连，准双向I/O 输⼊输出端⼝⽤来给出参与运算的数据，经2⽚74LS245三态门与数据总线相连。
图2-3-1运算器数据通路图中A WR、BWR在“搭接态”由实验连接对应的⼆进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产⽣的脉冲把总线上的数据打⼊，实现运算源寄存器A、暂存器B的写⼊操作。
四、运算器功能编码算术运算逻辑运算K23~K0置“1”，灭M23~M0控位显⽰灯。
然后按下表要求“搭接”部件控制路。
表2.3.2 运算实验电路搭接表算术运算1.运算源寄存器写流程通过I/O单元“S7~S0”开关向累加器A和暂存器B置数，具体操作步骤如下：2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能，令K18=K17=“1”，按下流程分别读A、B。
3.加法与减法运算令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），为算术加，FUN及总线单元显⽰A+B的结果令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），为算术减，FUN及总线单元显⽰A－B的结果。
逻辑运算1.运算源寄存器写流程通过“I/O输⼊输出单元”开关向寄存器A和B置数，具体操作步骤如下：2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能，令K17= K18=1，按下流程分别读A、B。
①若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1111）则F=A，即A内容送到数据总线。
②若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则F=B，即B内容送到数据总线。
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计算机组成原理运算器实验报告1. 简介本报告旨在介绍我们小组进行的计算机组成原理运算器实验，包括实验目的、实验过程、实验结果以及总结。
2. 实验目的•理解运算器在计算机系统中的作用和原理。
•掌握运算器设计和实现的基本方法。
•熟悉计算机寄存器的结构和功能。
•熟练使用Verilog HDL进行电路设计和仿真。
3. 实验过程实验准备•阅读相关教材和文献，了解运算器的基本原理和设计方法。
•确定实验所需的功能和性能要求。
•分析运算器的输入输出信号及其功能。
•设计运算器的数据通路和控制逻辑。
运算器设计与实现1.根据实验要求，设计运算器的数据通路和控制逻辑，并使用Verilog HDL进行电路定义。
2.编写仿真测试程序，验证设计的运算器在不同情况下的正确性和性能。
3.将设计的电路综合为目标器件，并进行逻辑门级的仿真和验证。
4.将综合结果下载到目标芯片上进行验证和测试。
实验结果•实验结果表明，设计的运算器在满足要求的情况下能够正确地完成各种运算操作。
•通过仿真和验证，验证了运算器的正确性和性能。
4. 实验总结•本实验通过设计和实现计算机组成原理运算器，进一步加深了我们对运算器原理和设计的理解。
•验证了运算器的正确性和性能，提高了我们的动手实践能力和团队协作能力。
•在实验过程中，我们遇到了一些问题和挑战，但通过不断学习和尝试，最终解决了这些问题。
•通过本次实验，我们深刻认识到如何将理论知识应用于实际问题的重要性，同时也意识到了自己在计算机组成原理领域的不足之处，将继续努力提高自己的能力。
5. 参考文献•张泽民. 计算机组成原理. 电子工业出版社, 2018. •Patterson, D. A., & Hennessy, J. L. (2017). Computer Organization and Design: The Hardware Software Interface.Morgan Kaufmann.。
计算机组成原理 系统认识及运算器实验报告
44HDBUS I/O UNIT低八位拨01000100，X2X1X0XP=1000
DBUSA AWR=0 BWR=1按单拍
7FHDBUS I/O UNIT低高八位拨01111111，X2X1X0XP=1001
DBUSB AWR=1 BWR=0按单拍
A+BFUN MS2S1S0=0100
FUNDBUS X2X1X0=110
3．完成实验思考题
成绩评定表
类别
评分标准
分值
得分
合计
实验表现
按时出勤、遵守纪律
认真完成各项实验内容
30分
报告质量
填写内容完整、体现设计过程和结果；实验总结能体现问题和收获；认真地完成实验思考题
70分
说明：
评阅教师：陈艳
日期：年月日
实验内容
一．实验原理
ALU运算器由CPLD描述。运算器的输出FUN经过74LS245三态门与数据总线相连，运算源寄存器A和暂存器B的数据输入端分别由2个74LS574锁存器锁存，锁存器的输入端与数据总线相连，准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据，经2片74LS245三态门与数据总线相连。AWR、BWR在“搭接态”由实验连接对应的二进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产生的脉冲把总线上的数据打入，实现运算源寄存器A、暂存器B的写入操作。
2．实验过程
按照实验指导书上的操作将实验箱切换到“手动”，“搭接”模式，然后连接好线，接着按照指导书上的具体操作依次实现算术、逻辑、移位运算。
算数控制
运算表达式
M S2 S1 S0
A
B
运算结果
算术加
A+B
0100
44
22
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。
《计算机组成原理》运算器实验报告(总结报告范文模板)
《计算机组成原理》运算器实验报告实验目录：一、实验1 Quartus Ⅱ的使用（一）实验目的（二）实验任务（三）实验要求（四）实验步骤（五）74138、74244、74273的原理图与仿真图二、实验2 运算器组成实验（一）实验目的（二）实验任务（三）实验要求（四）实验原理图与仿真图三、实验3 半导体存储器原理实验（一）实验目的（二）实验要求（三）实验原理图与仿真图四、实验4 数据通路的组成与故障分析实验（一）实验目的（二）实验电路（三）实验原理图与仿真图五、本次实验总结及体会：一、实验1 Quartus Ⅱ的使用（一）实验目的1.掌握Quartus Ⅱ的基本使用方法。
2.了解74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。
3.利用Quartus Ⅱ验证74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。
（二）实验任务1、熟悉Quartus Ⅱ中的管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。
2、新建项目，利用原理编辑方式输入74138、74244、74273的功能特性，依照其功能表分别进行仿真，验证这三种期间的功能。
（三）实验要求1.做好实验预习，掌握74138、74244、74273的功能特性。
2.写出实验报告，内容如下：（1）实验目的；（2）写出完整的实验步骤；（3）画出74138、74244和74273的仿真波形，有关输入输出信号要标注清楚。
（四）实验步骤1.新建项目：首先一个项目管理索要新建的各种文件，在Quartus Ⅱ环境下，打开File，选择New Project Wizard后，打开New Project Wizard：Introduction窗口，按照提示创建新项目，点击“Next”按钮，再打开的窗口中输入有关的路径名和项目名称后，按“Finish”按钮，完成新建项目工作。
2.原理图设计与编译：原理图的设计与编译在Compile Mode（编译模式）下进行。
2.1．新建原理图文件打开File菜单，选择New，打开“新建”窗口。
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一.实验目的及要求
(1) 了解运算器的组成结构。
(2) 掌握运算器的工作原理。
二.实验模块及实验原理
本实验的原理如图1-1-1所示。
运算器部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A 和暂存器B ，三个部件同时接受来自 A 和B 的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部
件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。
如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。
ALU中所有模块集成在一片CPLD 中。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。
移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-1-2所示。
图中显示的是一个4X4 的矩阵（系统中是一个8X8 的矩阵）。
每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：
(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连, 而没有同任何输入相连的则输出连接0 。
(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。
例如，在4 位矩阵中使用‘右1 ’和‘左 3 ’对角线来实现右循环 1 位。
(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0 填充，具体由相应的指令控制。
使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。
运算器部件由一片CPLD 实现。
ALU的输入和输出通过三态门74LS245 连到CPU 总线上，另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志FZ。
请注意：实验箱上凡丝印标注有马蹄形标记‘’，表示这两根排针之间是连通的。
图中除T4和CLR ，其余信号均来自于ALU单元的排线座，实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR 都连接至CON 单元的CLR 按钮。
T4由时序单元的TS4 提供（时序单元的介绍见附录二），其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。
控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。
暂存器A 和暂存器B 的数据能在LED 灯上实时显示，原理如图1-1-3所示（以A0为例，其它相同）。
进位标志FC、零标志FZ和数据总线D7…D0的显示原理也是如此。
ALU和外围电路的连接如图1-1-4所示，图中的小方框代表排针座。
运算器的逻辑功能表如表1-1-1所示，其中S3 S2 S1 S0 CN 为控制信号，FC 为进位标志，FZ为运算器零标志，表中功能栏的FC、FZ表示当前运算会影响到该标志。
三.实验步骤与结果
(1)按图1-1-5连接实验电路，并检查无误。
图中将用户需要连接的信号用圆圈
标明（其它实验相同）。
(2) 将时序与操作台单元的开关KK2 置为‘单拍’档, 开关KK1 、KK3 置为‘运行’档。
(3) 打开电源开关，如果听到有‘嘀’报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接
线，直到错误排除。
然后按动CON单元的CLR 按钮，将运算器的A、B 和FC、FZ清零。
(4) 用输入开关向暂存器A 置数。
①拨动CON单元的SD27…SD20 数据开关，形成二进制数01100101 （或其它数值），数据显示亮为‘1 ’，灭为‘0 ’。
②置LDA=1，LDB=0，连续按动时序单元的ST 按钮，产生一个T4上沿，则将二进制数01100101 置入暂存器 A 中，暂存器A 的值通过ALU单元的A7…A0八位LED 灯显示。
(5) 用输入开关向暂存器B 置数。
①拨动CON单元的SD27…SD20 数据开关，形成二进制数10100111 （或其它数值）。
②置LDA=0，LDB=1，连续按动时序单元的ST 按钮，产生一个T4上沿，则将二进制数10100111 置入暂存器B 中，暂存器 B 的值通过ALU单元的B7…B0八位LED 灯显示。
(6) 改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。
置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0，然后按表1-1-1置S3、S2、S1、S0和Cn的数值，并观察数据总线LED 显示灯显示的结果。
如置S3、S2、S1、S0为0010 ，运算器作逻辑与运算，置S3、S2、S1、S0为1001 ，运算器作加法运算。
如果实验箱和PC联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果，方法是：打开软件，选择联机软件的“【实验】—【运算器实验】”，打开运算器实验的数据通路图，如图1-1-6所示。
进行上面的手动操作，每按动一次ST按钮，数据通路图会有数据的流动，反映当前运算器所做的操作，或在软件中选择“【调试】—【单节拍】”，其作用相当于将时序单元的状态开关KK2 置为‘单拍’档后按动了一次ST按钮，数据通路图也会反映当前运算器所做的操作。
重复上述操作，并完成表1-1-2。
然后改变A、B 的值，验证FC、FZ的锁存功能。
表1-1-2 运算结果表
运算类型 A B S3S2S1S0 CN 结果
65 A7 0 0 0 0 X F=（65）FC=（0）FZ=（0）
65 A7 0 0 0 1 X F=（A7）FC=（0）FZ=（0）逻辑运算0 0 1 0 X F=（25）FC=（0）FZ=（0）
0 0 1 1 X F=（E7）FC=（0）FZ=（0）
0 1 0 0 X F=（9A）FC=（0）FZ=（0）
0 1 0 1 X F=（CA）FC=（0）FZ=（0）
0 1 1 0 0 F=（32）FC=（0）FZ=（0）移位运算 1 F=（B2）FC=（1）FZ=（0）
0 1 1 1 0 F=（CA）FC=（0）FZ=（0）
1 F=（CA）FC=（0）FZ=（0）
1 0 0 0 X F=（65）FC=（0）FZ=（0）
1 0 0 1 X F=（0C）FC=（1）FZ=（0）
1 0 1 0（FC=0）X F=（0D）FC=（1）FZ=（0）算术运算 1 0 1 0（FC=1）X F=（0D）FC=（1）FZ=（0）
1 0 1 1 X F=（BE）FC=（1）FZ=（0）
1 1 0 0 X F=（64）FC=（0）FZ=（0）
1 1 0 1 X F=（66）FC=（0）FZ=（0）
四.实验结果分析
本次实验根据实验的基本步骤可以把线连接出来，先检测一下各种线的连接对不对，排除错误，输入A=65，B=A7。