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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。
运算器工作原理
运算器是一种设计用来执行数学运算的设备。
它使用电子或者机械的方式对输入的数据进行处理，并根据预先设定的算法和指令，输出计算结果。
在电子运算器中，输入的数据通常以二进制形式表示。
这些数据通过输入设备（如键盘）输入到运算器中，并被送入中央处理器（CPU）进行处理。
CPU包含了算术逻辑单元（ALU），它负责执行各种运算操作，如加、减、乘、除等。
ALU通过
电子逻辑门电路实现了这些运算操作。
运算器还包含了储存器，用于存储数据和指令。
这些储存器可以是寄存器、缓存或者主存储器。
通过读取储存器中的数据，CPU能够进行运算操作，并将结果写回储存器。
运算器通过控制器来实现指令的执行和操作的协调。
控制器按照预先设定的程序流程，解析并执行指令。
它通过控制信号来控制ALU的操作，同时根据需要，从储存器中读取数据或将
结果写入储存器中。
在机械运算器中，工作原理与电子运算器略有不同。
机械运算器使用机械元件，如齿轮、柱齿轮和凸轮等，来进行运算操作。
通过旋转和移动这些机械元件，机械运算器能够完成加、减、乘、除等运算。
机械运算器通常需要手动操作，而且计算速度相对较慢。
总的来说，运算器的工作原理是通过算术逻辑单元进行各种运
算操作，并通过储存器存储数据和指令，控制器协调和执行指令，实现数学运算。
无论是电子运算器还是机械运算器，它们都通过不同的方式来实现数学计算，并为我们提供方便和快捷的计算能力。
计算机组成原理运算器移位器控制器1.运算器运算器是计算机中负责执行算术和逻辑运算的部件。
其主要功能是进行加法、减法、乘法、除法等运算，并且可以进行逻辑运算如与、或、非等操作。
一般来说，运算器由算术逻辑单元（ALU）和寄存器组成。
算术逻辑单元包括了算术运算电路和逻辑运算电路。
算术运算电路负责实现加法、减法、乘法等运算，而逻辑运算电路则负责实现与、或、非等逻辑运算。
2.移位器移位器是计算机中负责实现数据移位的部件。
数据移位是将二进制数的位进行移动的操作，分为逻辑移位和算术移位两种。
逻辑移位是指将二进制数按照指定方向进行移位，空出的位补0或删除多余位。
算术移位则是在逻辑移位的基础上，保留最高位的符号位。
在计算机中，移位操作可以通过位移电路来实现。
位移电路一般包括了多个触发器和逻辑门，根据控制信号来实现不同的移位操作。
3.控制器控制器是计算机中负责指挥和协调各个硬件部件工作的部件。
其主要功能是根据指令的执行流程，生成控制信号来控制各个硬件部件的工作。
一般来说，控制器由时序电路和控制存储器组成。
时序电路负责生成时序信号，即根据时钟信号的变化来确定各个操作的时机。
控制存储器则用来存储指令执行的顺序和所需的控制信号。
控制器通过读取有关指令的信息，对相应的硬件部件发出控制信号，根据指令的要求完成相应的操作。
总结起来，运算器、移位器和控制器是计算机中三个重要的功能模块。
运算器负责执行算术和逻辑运算，移位器负责数据移位操作，而控制器负责协调和控制各个硬件部件的工作。
这三个模块的协同工作使得计算机能够完成各种复杂的任务，实现计算、逻辑运算和控制等功能。
实验题目运算器实验一、算术逻辑运算器1.实验目的与要求：1.掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。
2.掌握简单运算器的数据传送通道。
3.验算由74LS181等组合逻辑电路组成的运算功能发生器运算功能。
4.能够按给定数据，完成实验指定的算术/逻辑运算。
2.实验方案：（一）实验方法与步骤1实验连线按书中图1－2在实验仪上接好线后，仔细检查正确与否，无误后才接通电源。
每次实验都要接一些线，先接线再开电源，这样可以避免烧坏实验仪。
2 用二进制数据开关分别向DR1寄存器和DR2寄存器置数。
3 通过总线输出寄存器DR1和DR2的内容。
（二）测试结果3.实验结果和数据处理：1)SW-B=0时有效，SW-B=1时无效，因其是低电平有效。
ALU-B=0时有效，ALU-B=1时无效，因其是低电平有效。
S3,S2,S1,S0高电平有效。
2)做算术运算和逻辑运算时应设以下各控制端：ALU-B SW-B S3 S2 S1 S0 M Cn DR1 DR23)输入三态门控制端SW-B和输出三态门控制端ALU-B不能同时为“0”状态，否则存在寄存器中的数据无法准确输出。
4)S3,S2,S1,S0是运算选择控制端,有它们决定运算器执行哪一种运算;M是算术逻辑运算选择,M=0时,执行算术运算,M=1时,执行逻辑运算;Cn是算术运算的进位控制端，Cn=0(低电平)，表示有进位，运算时相当于在最低位上加进位1，Cn=1(高电平)，表示无进位。
逻辑运算与进位无关;、ALU-B是输出三态门控制端，控制运算器的运算结果是否送到数据总线BUS上。
低电平有效。
SW-B是输入三态门的控制端，控制“INPUT DEVICE”中的8位数据开关D7～D0的数据是否送到数据总线BUS上。
低电平有效。
5)DR1、DR2置数完成后之所以要关闭控制端LDDR1、LDDR2是为了确保输入数据不会丢失。
6)A+B是逻辑运算，控制信号状态000101；A加B是算术运算，控制信号状态100101。
一、单选题1、补码加/减法是指（）。
A.操作数用补码表示，由数符决定两尾数的操作，符号位单独处理。
B.操作数用补码表示，两尾数相加/减，符号位单独处理；C.操作数用补码表示，连同符号位直接相加，减某数用加某数的机器负数代替，结果的符号在运算中形成；D.操作数用补码表示，符号位和尾数一起参加运算，结果的符号与加/减数相同；正确答案：C2、8位补码10010011等值扩展为16位后，其机器数为（）。
A.1000000010010011B.0000000010010011C.1111111110010011D.1111111101101101正确答案：C3、在定点二进制运算器中，减法运算一般通过（）来实现。
A.补码运算的二进制减法器B.补码运算的二进制加法器C.补码运算的十进制加法器D.原码运算的二进制减法器正确答案：B4、在双符号位判别溢出的方案中，出现正溢出时，双符号位应当为（）。
A.11B.01C.00D.10正确答案：B5、当定点运算发生溢出时，应进行（）。
A.向左规格化B.发出出错信息C.舍入处理D.向右规格化正确答案：B6、四片74181 ALU和一片74182 CLA器件相配合，具有如下进位传递功能：（）。
A.行波进位B.组内行波进位，组间先行进位C.组内先行进位，组间行波进位D.组内先行进位，组间先行进位正确答案：D7、在串行进位的并行加法器中，影响加法器运算速度的关键因素是（）。
A.元器件速度B.门电路的级延迟C.各位加法器速度的不同D.进位传递延迟正确答案：D8、当定点运算发生溢出时，应进行（）。
A.向右规格化B.向左规格化C.舍入处理D.发出出错信息正确答案：D9、原码加减交替除法又称为不恢复余数法，因此（）。
A.不存在恢复余数的操作B.当某一步运算不够减时，做恢复余数的操作C.当某一步余数为负时，做恢复余数的操作D.仅当最后一步余数为负时，做恢复余数的操作正确答案：D10、4片74181ALU和1片74182CLA相配合，具有（）传递功能。
第二章运算方法和运算器1.写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示（用8位二进制数）。
其中MSB是最高位（又是符号位）LSB是最低位。
如果是小数，小数点在MSB之后；如果是整数，小数点在LSB之后。
(1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小数表示-1 (5) 用整数表示-1解：(1)先把十进制数-35/64写成二进制小数：(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-100011×2-6)2=(-0.100011)2令x=-0.100011B∴ [x]原=1.1000110 (注意位数为8位) [x]反=1.0111001[x]补=1.0111010 [x]移=0.0111010(2) 先把十进制数23/128写成二进制小数：(23/128)10=(10111/10000000)2=(10111×2-111)2=(0.0001011)2令x=0.0001011B∴ [x]原=0.0001011 [x]反=0.0001011[x]补=0.0001011 [x]移=1.0001011(3) 先把十进制数-127写成二进制小数：(-127)10=(-1111111)2令x= -1111111B∴ [x]原=1.1111111 [x]反=1.0000000[x]补=1.0000001 [x]移=1.0000001(4) 令x=-1.000000B∴ 原码、反码无法表示[x]补=1.0000000 [x]移=0.0000000(5) 令Y=-1=-0000001B∴ [Y]原=10000001 [Y]反=11111110[Y]补=11111111 [Y]移=011111115.已知X和Y, 用变形补码计算X+Y, 同时指出运算结果是否溢出。
（2）X=0.11011 Y= -0.10101解：x+y = 0.00110无溢出6.已知X 和Y, 用变形补码计算X-Y, 同时指出运算结果是否溢出。
计算机专业基础综合计算机组成原理（运算方法和运算器）模拟试卷1(总分：52.00，做题时间：90分钟)一、单项选择题(总题数：8，分数：16.00)1.下列数中最小的数为( )。
A.(101001) 2B.(52) 8C.(101001) NCD√D.(233) 162.针对8位二进制数，下列说法中正确的是( )。
A.－127的补码为10000000B.－127的反码等于0的移码√C.+1的移码等于－127的反码D.0的补码等于－1的反码3.32位浮点数格式中，符号位为1位，阶码为8位，尾数为23位。
则它所能表示的最大规格化正数为( )。
A.+(2－2 －23 )×2 +127√B.+(1－2 －23 )×2 +127C.+(2－2 －23 )×2+2 +255D.2 +127－2 －234.若某数x的真值为－0．1010，在计算机中该数表示为1．0110，则该数所用的编码方法是( )码。
A.原B.补√C.反D.移5.长度相同但格式不同的2种浮点数，假设前者阶码长、尾数短，后者阶码短、尾数长，其他规定均相同，则它们可表示的数的范围和精度为( )。
A.两者可表示的数的范围和精度相同B.前者可表示的数的范围大但精度低√C.后者可表示的数的范围大且精度高D.前者可表示的数的范围大且精度高6.运算器虽有许多部件组成，但核心部分是( )。
A.数据总线B.算术逻辑运算单元√C.多路开关D.通用寄存器7.在定点运算器中，无论采用双符号位还是单符号位，必须有( )，它一般用( )来实现。
A.译码电路，与非门B.编码电路，或非门C.溢出判断电路，异或门√D.移位电路，与或非门8.下溢指的是( )。
A.运算结果的绝对值小于机器所能表示的最小绝对值B.运算的结果小于机器所能表示的最小负数√C.运算的结果小于机器所能表示的最小正数D.运算结果的最低有效位产生的错误二、计算题(总题数：13，分数：26.00)9.设[x] 补 =x 0．x 1 x 2…x n，求证： [1／2x]=x 0．x 0 x 1 x 2…x n__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：因为x=－x 0 + x i 2 －i，所以x i 2 －i =－x 0 + x i 2 －i =－x 0 + x i 2 －(i+1)根据补码与真值的关系则有 [1／2x] 补 =x 0．x 0 x 1 x 2…x n由此可见，如果要得到[] 补，只要将[x] 补连同符号位右移i位即可。
知识点计算机组成原理知识点-计算机组成原理计算机组成原理重要知识点第一章绪论一、冯．诺依曼思想体系――计算机（硬件）由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址出访、顺序继续执行二、总线的概念。
按传送信息的不同如何划分；按逻辑结构如何划分三、冯．诺依曼结构（普林斯顿结构）与哈弗结构的存储器设计思想四、计算机系统的概念，软件与硬件的关系、计算机系统的层次结构（实际机器与交互式机器）五、计算机的主要性能指标的含义（机器字长，数据通路宽度，主存容量，运算速度）六、cpu和主机两个术语的含义，完备的计算机系统的概念，硬件、软件的功能分割七、总线概念和总线分时共享资源的特点、三态门与总线电路第二章数据的机器层次表示一、真值和机器数的概念数的真值变为机器码时存有四种则表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码则表示码。
其中移码主要用作则表示浮点数的阶码e，以利比较两个指数的大小和对阶操作方式二、一个定点数由符号位和数值域两部分组成。
按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。
几种定点机器数的数值则表示范围。
三、浮点数浮点数的标准表示法：符号位s、阶码e、尾数m三个域组成。
其中阶码e通常用移码表示（其值等于指数的真值e加上一个固定偏移值）。
规格化浮点数（原码，补码则表示的规格化浮点数的区别）五、处理字符信息（符号数据即非数值信息），七、常用的bcd码：8421码、2421码、余3码、格雷码（有权码，无权码，特点）八、检错纠错码：奇偶校验（掌握奇偶校验原理及校验位的形成及检测方法）,海明码的纠错原理（理解）第三章指令系统一、指令格式:指令的基本格式,指令的地址码结构（3、2、1、0地址指令的区别），非规整型指令的操作码（扩展览会操作码）二、编址方式（位，字节，字…）三、操作数串行方式――立即串行、轻易串行、间接串行、寄存器串行、寄存器间接串行、相对串行、基址寻址、变址寻址、页面寻址四、指令串行方式――顺序对串行方式、弹跳串行方式五、指令类型及功能六、不同的计算机的i/o指令差别很大，通常有两种方式：独立编址方式,统一编址方式第四章数值的机器运算一、为运算器构造的简单性，运算方法中算术运算通常采用补码加减法，原码乘除法或补码乘除法。
