计算机组成原理-运算器组成实验

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1、南通大学计算机科学与技术学院上机实验报告课程名称：计算机组成原理 年级：上机日期：2014姓名：学号:班级:实验名称：实验二运算器组成实验教师： 成绩：一、目的及要求一、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.掌握8位补码加/减法运算器的设计方法。4.掌握运算器电路的仿真测试方法。实验要求：1.做好实验预习，掌握运算器的数据传送通路和ALU的功能特性。2. 实验完毕，写出实验报告.二、环境（软、硬件平台）软件平台：Quartus 硬件平台:：现行的XP，WIN7，64位机都可以使用三、内容及步骤（包括程序流程及说明）实验参考电路如下图所示，下

2、图（a）是1位全加器的电路原理图，图（b）是由1位全加器采用行波进位方法设计的多位补码加/减法运算器。1.设计一个8位补码加/减法运算器(1)参考图1，在QUARTUS II里输入原理图，设计一个8位补码加/减法运算器。一位二进制的加减法器电路图为：建立波形文件，设置数值进行测试封装为芯片，设计8位二进制的加减法器，电路图如下创建波形文件，对该8位补码加/减法运算器进行功能仿真测试测试通过后，封装成一个芯片。2. 设计8位运算器通路电路参考下图2，利用实验任务1设计的8位补码加/减法运算器芯片建立运算器通路。实验电路图如下：3利用仿真波形，测试数据通路的正确性。设定各控制信号的状态，完成下列操

3、作，要求记录各控制信号的值及时序关系。（1）在输入数据IN7IN0上输入数据后，开启输入缓冲三态门，检查总线BUS7BUS0上的值与IN0IN7端输入的数据是否一致。开启缓冲三态门，波形如下：时序关系表为：序号nsw-busnR0-BUSLDR0LDR1LDR2mnalu-busIN7IN0BUS7BUS01010000100H00H2010000101H01H3010000102H02H（2）给DR1存入55H，检查数据是否存入，请说明检查方法。检查方法，在DR1中存入55H，同时在DR2中存入00H，检测总线输出的数即为存入的数据，波形图如下：时序关系表为：序号nsw-busnR0-BUS

4、LDR1LDR2LDR3mnalu-busIN7IN0BUS7BUS0101上升沿000155H55H2110上升沿00100HZZH300上升沿000100H00H41000上升沿0155HZZH5100000055H55H（3）给DR2存入AAH，检查数据是否存入，请说明检查方法。方法与上相同，在DR1中存入55H，同时在DR2中存入00H，检测总线输出的数即为存入的数据，波形图如下：时序关系表为：序号nsw-busnR0-BUSLDR1LDR2LDR3mnalu-busIN7IN0BUS7BUS0101上升沿0001AAHAAH2110上升沿00100HZZH300上升沿000100H0

5、0H41000上升沿0100HZZH5100000055HAAH（4）完成加法运算，求55H+AAH，检查运算结果是否正确，请说明检查方法。波形图如下：时序图为：序号nsw-busnR0-BUSLDR0LDR1LDR2mnalu-busIN7IN0BUS7BUS0100上升沿0155210上升沿01300上升沿01AA410上升沿0151000FF（5）完成减法运算，分别求55H-AAH和AAH-55H，检查运算结果是否正确，请说明检查方法。计算AA-55，波形图如下：时序图如下：序号nsw-busnR0-BUSLDR0LDR1LDR2mnalu-busIN7IN0BUS7BUS0100上升沿

6、1155210上升沿11300上升沿11AA410上升沿1151010AB计算55-AA，波形图，时序图为：序号nsw-busnR0-BUSLDR0LDR1LDR2mnalu-busIN7IN0BUS7BUS0100上升沿1155210上升沿11300上升沿11AA410上升沿1151010AB（6）求12H+34H-56H，将结果存入寄存器R0，检查运算结果是否正确，同时检查数据是否存入，请说明检查方法。首先计算结果，波形图，时序图如下：检查结果的保存，则把结果存入LDR1，把00H存入LDR2，通过与0的相加，输出结果就可确定数据已存入。序号nsw-busnR0-BUSLDR0LDR1LD

7、R2mnalu-busIN7IN0BUS7BUS0100上升沿01552100上升沿01300上升沿01AA4100上升沿01510上升沿00466100上升沿11700上升沿118100上升沿11910010F0五、问题及心得这次实验，自己动手设计了8位的二进制加减法器，而且定义封装成芯片。虽然已经知道74138、74244b和74273b的功能，但是在芯片的输入输出中，使用总线方式更加方便简洁，学会了把缓存器，寄存器，ALU合理的串接为8位运算器通路。时序的波形设计对我来说有一定的难度，在每个时钟周期里，各个部件的工作状态都不相同，必须要仔细分析每个阶段的各个部件的状态。只有多动手才会更加熟练，操作实践能力才会提高，这是计算机行业的人所必备的专业能力，我以后会多多上机实践操作，锻炼自己的能力。