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
2、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 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
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 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-BUS LDR0 LDR1 LDR2 mnalu-bus IN7IN0 BUS7BUS01 0 1 0 0 0 0 1 00H 00H2 0 1 0 0 0 0 1 01H 01H3 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
4、。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 LDR1 LDR2 LDR3 mnalu-bus IN7IN0 BUS7BUS01 0 1 上升 沿 0 0 0 1 55H 55H2 1 1 0 上升 沿 0 0 1 00H ZZH3 0 0 上升 沿 0 0 0 1 00H 00H4 1 0 0 0 上升 沿 0 1 55H ZZH5 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 5
5、5H，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 LDR1 LDR2 LDR3 mnalu-bus IN7IN0 BUS7BUS01 0 1 上升 沿 0 0 0 1 AAH AAH2 1 1 0 上升 沿 0 0 1 00H ZZH3 0 0 上升 沿 0 0 0 1 00H 00H4 1 0 0 0 上升 沿 0 1 00H ZZH5 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
6、 LDR0 LDR1 LDR2 m nalu-bus IN7IN0 BUS7BUS01 0 0 上升 沿 0 1 552 1 0 上升 沿 0 13 0 0 上升 沿 0 1 AA4 1 0 上升 沿 0 15 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。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 IN7IN0 BUS7BUS01 0 0 上升 沿 1 1 552 1 0 上升 沿 1 13 0 0 上升 沿 1 1 AA4 1
7、0 上升 沿 1 15 1 0 1 0 AB计算 55-AA，波形图，时序图为：（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-bus nR0-BUS LDR0 LDR1 LDR2 m nalu-bus IN7IN0 BUS7BUS01 0 0 上升 沿 1 1 552 1 0 上升 沿 1 13 0 0 上升 沿 1 1 AA4 1 0 上升 沿 1 15 1
8、0 1 0 AB序号 nsw-bus nR0-BUS LDR0 LDR1 LDR2 m nalu-bus IN7IN0 BUS7BUS01 0 0 上升 沿 0 1 552 1 0 0 上升 沿 0 13 0 0 上升 沿 0 1 AA4 1 0 0 上升 沿 0 15 1 0 上升 0 0 46沿6 1 0 0 上升 沿 1 17 0 0 上升 沿 1 18 1 0 0 上升 沿 1 19 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。
