计算机组成原理运算器组成实验.docx
《计算机组成原理运算器组成实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理运算器组成实验.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
计算机组成原理运算器组成实验
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：
QuartusⅡ
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QUARTUSII里输入原理图，设计一个8位补码加/减法运算器。
①一位二进制的加减法器电路图为：
②建立波形文件，设置数值进行测试
③封装为芯片，设计8位二进制的加减法器，电路图如下
④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，完成下列操作，要求记录各控制信号的值及时序关系。
（1）在输入数据IN7~IN0上输入数据后，开启输入缓冲三态门，检查总线BUS7~BUS0上的值与IN0~IN7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-bus
nR0-BUS
LDR0
LDR1
LDR2
m
nalu-bus
IN7~IN0
BUS7~BUS0
1
0
1
0
0
0
0
1
00H
00H
2
0
1
0
0
0
0
1
01H
01H
3
0
1
0
0
0
0
1
02H
02H
（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-bus
nR0-BUS
LDR1
LDR2
LDR3
m
nalu-bus
IN7~IN0
BUS7~BUS0
1
0
1
上升沿
0
0
0
1
55H
55H
2
1
1
0
上升沿
0
0
1
00H
ZZH
3
0
0
上升沿
0
0
0
1
00H
00H
4
1
0
0
0
上升沿
0
1
55H
ZZH
5
1
0
0
0
0
0
0
55H
55H
（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-bus
nR0-BUS
LDR1
LDR2
LDR3
m
nalu-bus
IN7~IN0
BUS7~BUS0
1
0
1
上升沿
0
0
0
1
AAH
AAH
2
1
1
0
上升沿
0
0
1
00H
ZZH
3
0
0
上升沿
0
0
0
1
00H
00H
4
1
0
0
0
上升沿
0
1
00H
ZZH
5
1
0
0
0
0
0
0
55H
AAH
（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-bus
nR0-BUS
LDR0
LDR1
LDR2
m
nalu-bus
IN7~IN0
BUS7~BUS0
1
0
0
上升沿
0
1
55
2
1
0
上升沿
0
1
3
0
0
上升沿
0
1
AA
4
1
0
上升沿
0
1
5
1
0
0
0
FF
（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。
①计算AA-55，波形图如下：
时序图如下：
序号
nsw-bus
nR0-BUS
LDR0
LDR1
LDR2
m
nalu-bus
IN7~IN0
BUS7~BUS0
1
0
0
上升沿
1
1
55
2
1
0
上升沿
1
1
3
0
0
上升沿
1
1
AA
4
1
0
上升沿
1
1
5
1
0
1
0
AB
②计算55-AA，波形图，时序图为：
序号
nsw-bus
nR0-BUS
LDR0
LDR1
LDR2
m
nalu-bus
IN7~IN0
BUS7~BUS0
1
0
0
上升沿
1
1
55
2
1
0
上升沿
1
1
3
0
0
上升沿
1
1
AA
4
1
0
上升沿
1
1
5
1
0
1
0
AB
（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。
①首先计算结果，波形图，时序图如下：
②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-bus
nR0-BUS
LDR0
LDR1
LDR2
m
nalu-bus
IN7~IN0
BUS7~BUS0
1
0
0
上升沿
0
1
55
2
1
0
0
上升沿
0
1
3
0
0
上升沿
0
1
AA
4
1
0
0
上升沿
0
1
5
1
0
上升沿
0
0
46
6
1
0
0
上升沿
1
1
7
0
0
上升沿
1
1
8
1
0
0
上升沿
1
1
9
1
0
0
1
0
F0
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。
升级会员 