实验一 8位算术逻辑运算实验(信软)

八数码问题求解（一）实验软件TC2.0或VC6.0编程语言或其它编程语言（二）实验目的1.熟悉人工智能系统中的问题求解过程；2.熟悉状态空间的盲目搜索和启发式搜索算法的应用；3.熟悉对八数码问题的建模，求解及编程语言的应用。

（三）实验内容八数码问题：在3×3的方格棋盘上，摆放着1到8这八个数码，有一个方格是空的，要求对空格执行空格左移，空格右移，空格上移，空格下移这四个操作使得棋盘从初始状态到目标状态。

输入初始状态和目标状态，输出从初始状态到目标状态的路径。

（四）实验代码#include"stdafx.h"#include<iostream>#include<ctime>#include<vector>using namespace std;const int ROW = 3;const int COL = 3;const int MAXDISTANCE = 10000;const int MAXNUM = 10000;typedef struct_Node{int digit[ROW][COL];int dist; // distance between one state and the destination int dep; // the depth of node// So the comment function = dist + dep.int index; // point to the location of parent} Node;Node src, dest;vector<Node> node_v; // store the nodesbool isEmptyOfOPEN() {for (int i = 0; i < node_v.size(); i++) {if (node_v[i].dist != MAXNUM)return false;}return true;}bool isEqual(int index, int digit[][COL]) {for (int i = 0; i < ROW; i++)for (int j = 0; j < COL; j++) {if (node_v[index].digit[i][j] != digit[i][j])return false;}return true;}ostream& operator<<(ostream& os, Node& node) {for (int i = 0; i < ROW; i++) {for (int j = 0; j < COL; j++)os << node.digit[i][j] << ' ';os << endl;}return os;}void PrintSteps(int index, vector<Node>& rstep_v) { rstep_v.push_back(node_v[index]);index = node_v[index].index;while (index != 0) {rstep_v.push_back(node_v[index]);index = node_v[index].index;}for (int i = rstep_v.size() - 1; i >= 0; i--)cout << "Step " << rstep_v.size() - i<< endl << rstep_v[i] << endl;}void Swap(int& a, int& b) {int t;t = a;a = b;b = t;}void Assign(Node& node, int index) {for (int i = 0; i < ROW; i++)for (int j = 0; j < COL; j++)node.digit[i][j] = node_v[index].digit[i][j];}int GetMinNode() {int dist = MAXNUM;int loc; // the location of minimize nodefor (int i = 0; i < node_v.size(); i++) {if (node_v[i].dist == MAXNUM)continue;else if ((node_v[i].dist + node_v[i].dep) < dist) {loc = i;dist = node_v[i].dist + node_v[i].dep;}}return loc;}bool isExpandable(Node& node) {for (int i = 0; i < node_v.size(); i++) {if (isEqual(i, node.digit))return false;}return true;}//扩展int Distance(Node& node, int digit[][COL]) {int distance = 0;bool flag = false;for (int i = 0; i < ROW; i++)for (int j = 0; j < COL; j++)for (int k = 0; k < ROW; k++) {for (int l = 0; l < COL; l++) {if (node.digit[i][j] == digit[k][l]) {distance += abs(i - k) + abs(j - l);//abs()求得是正数的绝对值。

1、目的与要求1、验证带进位控制的算术逻辑运算发生器74LSl8l 的功能。

2、按指定数据完成几种指定的算术运算。

实验性质：验证性参见《计算机组成原理实验指导书》2、实验设备DVCC 计算机组成原理实验箱，排线若干。

3、实验步骤与源程序⑴ 连接线路，仔细查线无误后，接通电源。

本实验用到4个主要模块：⑴低8位运算器模块，⑵数据输入并显示模块，⑶数据总线显示模块，⑷功能开关模块（借用微地址输入模块）。

根据实验原理详细接线如下： ⑴ ALUBUS 连EXJ3； ⑵ ALUO1连BUS1； ⑶ SJ2连UJ2；⑷ 跳线器J23上T4连SD ；⑸ LDDR1、LDDR2、ALUB 、SWB 四个跳线器拨在左边（手动方式)； ⑹ AR 跳线器拨在左边，同时开关AR 拨在“1”电平。

⑵ 用二进制数码开关KD0～KD7向DR1和DR2寄存器置数。

方法：关闭ALU 输出三态门（ALUB`=1），开启输入三态门（SWB`=0），输入脉冲T4按手动脉冲发生按钮产生。

设置数据开关具体操作步骤图示如下：说明：LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`四个信号电平由对应的开关LDDR1、LDDR2、ALUB 、SWB 给出，ALUB=1 LDDR1=1 LDDR2=0 ALUB=1 LDDR2=1 LDDR1=0拨在上面为“1”，拨在下面为“0”，电平值由对应的显示灯显示，T4由手动脉冲开关给出。

⑶检验DR1和DR2中存入的数据是否正确，利用算术逻辑运算功能发生器 74LS181的逻辑功能，即M=1。

具体操作为：关闭数据输入三态门SWB`＝1，打开ALU输出三态门ALUB`＝0，当置S3、S2、S1、S0、M为1 1 1 1 1时，总线指示灯显示DR1中的数，而置成1 0 1 0 1时总线指示灯显示DR2中的数。

⑷验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）在给定DR1=35、DR2=48的情况下，改变算术逻辑运算功能发生器的功能设置，观察运算器的输出，填入表2.1.1中，并和理论分析进行比较、验证。

计算机科学与技术学院计算机组成原理实验报告书实验名称八位补码加/减法器的设计与实现班级学号姓名指导教师日期成绩实验1八位补码加/减法器的设计与实现一、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二、实验任务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。

（2）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。

（3）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，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。

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。

（2）给DR1存入55H，检查数据是否存入，请说明检查方法。

（3）给DR2存入AAH，检查数据是否存入，请说明检查方法。

（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。

（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。

（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。

三、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，内容如下：①实验目的。

②实验电路图。

③按实验任务3的要求，填写下表，以记录各控制信号的值及时序关系。

表中的序号表示各控制信号之间的时序关系。

要求一个控制任务填一张表，并可用文字对有关内容进行说明。

⑤实验体会与小结。

四、实验预习内容1.实验电路设计原理及思路说明本实验利用基本逻辑门电路设计一位全加器（FA），如表1：加法又可以实现减法，所以使用了一个M输入来进行方式控制加减。

八数码实验报告实验名称：八数码实验目的：通过使用搜索算法和启发式算法，解决八数码问题，深入理解搜索算法原理和应用。

实验环境：使用Python语言进行编程实现，操作系统为Windows。

实验过程：1. 定义八数码问题的状态和目标状态，分别以列表的形式表示。

* 初始状态：[2, 8, 3, 1, 6, 4, 7, 0, 5]* 目标状态：[1, 2, 3, 8, 0, 4, 7, 6, 5]2. 实现深度优先搜索算法，运行程序得到结果。

通过深度优先搜索算法，得到了八数码问题的解法。

但是，由于深度优先搜索算法过于盲目，搜索时间过长，而且容易陷入无解状态，因此需要改进算法。

3. 改进算法——广度优先搜索。

在深度优先搜索的基础上，改用广度优先搜索算法，实现代码如下：```def bfs(start, target):queue = [(start, [start])]seen = {tuple(start)}while queue:node, path = queue.pop(0)for move, i in direction.items():new_node = [j for j in node]if i not in range(0, 9):continuenew_node[0], new_node[i] = new_node[i], new_node[0] if tuple(new_node) in seen:continueif new_node == target:return path + [new_node]seen.add(tuple(new_node))queue.append((new_node, path + [new_node]))```4. 改进算法——A*算法。

在广度优先搜索的基础上，使用A*算法进行优化。

进行了以下改进：* 引入估价函数，加快搜索速度；* 遍历过程中对结点进行评估，保留最优的结点。

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。

实验报告一、实騎名称运算器实騎一算术遐辑运算实騎二、实豔目的1、了解运算器的组成原理。

2、掌握运算器的工作原理。

3、掌握简单运算器的数据传送通路。

4、验证运算功能发生器(74LS181 )的组合助能。

三、实豔设备TDN-CM++it算机组成原理教学实验系统一套,导线若干。

实验中所用的运算器数据通路如图1"所示。

其中两片74LSI81以串行方式沟成8位字长的ALU, ALU的输出经il 一个三态门(74LS245)和数据总线相连。

三态门由ALU-R控制，控制运算器运算的绪果能否送往总线，低电平有效。

为实现双操作数的运算,ALU的两个数据输入端分别由二个锁存器DR1、DR2(由74LS273实现)锁存数据。

要稱数据总线上的数据锁存到DRk DR2中，锁存器的控制S LDDR1和DDR2必须为高电平,同时由T4脉冲到来。

数据开关(“INPUT DEVICE")用来给出参与运算的数摇,经过三态(74LS245 ) 后送人数据总线，三态门由SW-B控朝低电平有效。

数据显示灯(“BUS UNIT-) 已和数播总线相连，用来显示数据总线上的内容。

图中已将用户需要连接的腔制信号用冏IS标明(其他实騎相同，不再说明)，其中除T4为脉冲信号外，其它均为电平信号。

由于实騎电路中的时序信号均已连至“W/RUNIT”的相应时序信号引岀端，因此，在进行实验时，只需将“W / R UNIT"的T4接至“STATEUNIT”的fit动开关KK2的输入竭,按动微动开关, 即可获得实酚所需的单脉冲。

ALU运算所需的电平控制信号S3、S2、S1、SO、Cn、M、LDDRk LDDR2、ALU-B、SW-B均由M SWITCH UNIT ”中的二进制数摇开关来模81,其中Cn、ALU—B s SW-B为低电平有效LDDRk LDDR2为高电平有效。

对单总线数据通路，需要分时共享总线，每一时刻只能由一组数弼送往总线。

顺序结构与逻辑运算实验报告（最终定稿）第一篇：顺序结构与逻辑运算实验报告实验 2顺序结构与逻辑运算1.实验目的和要求（1）掌握数据输入/输出函数的使用，能正确使用各种格式转换符。

（2）熟悉顺序结构程序中语句的执行过程，并学会基本调试程序方法。

（3）能够正确使用逻辑运算符和逻辑表达式。

（4）学会运用逻辑表达式或关系表达式等表示条件。

（5）熟练掌握 if 语句和 switch 语句，掌握条件表达式构成的选择结构。

（6）熟练掌握跟踪调试程序，针对具体数据组织输入测试数据，观察程序运行能否得到预期的输出结果。

（7）学会编写简单程序。

2.实验内容：实验指导书中的实验三和实验四3.实验步骤及结果实验三部分：3-1-1 该程序正确的源程序代码（或窗口截图）：程序运行结果画面如下：3-1-2 该程序正确的源程序代码（或窗口截图）：程序运行结果画面如下：3-2-1 该程序完整的源程序代码（或窗口截图）：程序运行结果画面如下：3-2-2 该程序完整的源程序代码（或窗口截图）：程序运行结果画面如下：3-3 注意：这道程序我们不按书中提示进行，而在 VC 环境下进行调试。

语法错误和逻辑错误的区别何在？语法了错误是指编译的程序中破坏了 C 语言固有的语法规则，比如缺少或者多添了一个字母符号，一个标点符号，或者缺少群头文件等，导致程序合无法编译和运行；逻辑错误是指代码符合C 语言规范，程序可以运行，但是结果有误，通常是语句逻辑有误。

如何启动单步调试？点击【组建】按钮下的【开始调试】选项，在新出现的对话框中点击【【step into 】按钮，每条语句便可单独执行。

要使程序运行到“ss=(k…”这一行暂停下来，该如何操作? 光标放在目标行前，点击项目栏的【remove breakpoint 】程序便可在目标处暂停。

怎样终止调试状态（程序复位）？点击【【step over 】程序便可在目标处暂停调试。

单步调试状态下，向下运行一条语句的操作方法（分两种情况回答，第一种，跟踪到自定义函数内部，第2 种，不跟踪到自定义函数内部）：1.单击调试菜单中的【step into 】跟踪到自定义函数内部。

8位运算器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解8位运算器的原理与功能，掌握二进制与十进制的转换方法。

2. 学生能运用8位运算器进行基本的算术运算，如加、减、乘、除，并理解运算过程中的溢出与进位现象。

3. 学生了解8位运算器在计算机硬件中的作用，及其在信息技术中的应用。

技能目标：1. 学生能够独立完成8位运算器的模拟操作，解决实际问题。

2. 学生通过8位运算器的操作，提高逻辑思维和问题解决能力。

3. 学生能够运用所学知识，对简单的计算机程序进行初步的分析与设计。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对计算机硬件及编程的兴趣，激发学习信息技术的热情。

2. 学生通过学习8位运算器，认识到科技发展对生活的影响，增强创新意识。

3. 学生在团队协作中培养沟通与合作的意识，提高团队荣誉感。

课程性质：本课程为信息技术学科的教学内容，旨在帮助学生掌握计算机硬件基础知识，提高编程技能。

学生特点：考虑到学生所在年级，已具备一定的逻辑思维和问题解决能力，对信息技术有较高的兴趣。

教学要求：结合学生特点，通过实例教学，使学生在实践中掌握8位运算器的相关知识，提高学生的动手操作能力和团队协作能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 引言：介绍8位运算器的基本概念，引出二进制与十进制的转换，让学生初步了解8位运算器的原理。

- 教材章节：第一章 计算机硬件基础，第1节 计算机硬件概述2. 二进制与十进制的转换方法：- 教材章节：第一章 计算机硬件基础，第2节 数字逻辑基础3. 8位运算器的算术运算：- 加法、减法、乘法、除法的运算规则及运算过程- 溢出与进位现象的分析- 教材章节：第一章 计算机硬件基础，第3节 算术逻辑单元4. 8位运算器在实际应用中的案例分析：- 简单计算机程序的初步分析与设计- 教材章节：第二章 计算机指令与编程，第1节 计算机指令概述5. 8位运算器在计算机硬件中的作用：- 介绍CPU中的算术逻辑单元（ALU）- 教材章节：第一章 计算机硬件基础，第4节 中央处理器6. 实践操作：- 使用模拟软件进行8位运算器的操作- 解决实际问题，提高逻辑思维和问题解决能力- 教材章节：第三章 计算机操作实践，第1节 计算机操作基础教学进度安排：本章节内容共需6个课时，其中理论教学4课时，实践操作2课时。

实验1 八位算术逻辑运算
一、实验目的和要求
1、掌握运算器的基本组成结构；
2、掌握运算器的工作原理。

二、实验原理图
实验采用的运算器数据通路如图1-1所示，其中74HC18是4位算数逻辑运算单元，本实验采用2片构成8位的算数逻辑运算单元。

两个操作数从最下面的8个乒乓开关输入，分别锁存在两个锁存器74273中，分别作为ALU的两个操作数。

74HC18有16种算数逻辑运算，控制端由S3、S2、S1、S0控制，在电路中由SWS3、SWS2、SWS1、SWS0四个开关控制。

M=1，逻辑运算，M=0算数运算，CN为进位位。

运算的结果显示在上方的8个LED灯。

图1-1运算器原理图
逻辑功能表如表1-1所示。

表5-1 ALU逻辑功能表
三、实验要求完成： 1、实验要求
（1）在暂存器A 中设置操作数A=65H ；在暂存器B 中设置操作数B=A7H 。

（2）通过对ALU 操作控制端S3、S2、S1、S0、CN 、M 的设置，完成两个操作数的算术、逻辑运算，并将运算结果填入表1-2中。

最后将运算结果同74HC181逻辑功能表（表1-1）对比分析，判断运算结果是否正确。

四
、实验数据记录
验证74HC181的逻辑功能，将运算结果记录在表1-2中。

六、实验结果分析
1、对比分析表1-1和表1-2，判断运算结果是否正确,并分析原因。

2、暂存器A置数完成后，如果操作控制信号 wA仍保持有效电平(wA=0)，在对暂存器B置数时会出现什么情况？。

计算机组成原理实验实验一运算器实验（一）算术逻辑运算实验一、实验目的1、掌握简单运算器的数据传送通路。

2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。

二、实验原理1、实验中所用的运算器数据通路图1所示。

三、实验步骤1、用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。

具体操作步骤图2所示。

2、验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（二） 进位控制实验一、实验目的1、验证带进位控制算术运算功能发生器的功能。

2、按指定数据完成几种算术运算。

二、实验原理实验原理图如图3所示。

三、实验步骤1、用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数向DR1存入01010101，向DR2存入10101010。

具体操作步骤图4所示。

图2图3 进位控制实验原理图2、进位标志清零S3 S2 S1 S0 M 的状态置为00000，AR 状态置为0，按动微动开关KK2。

进位标志指示灯CY 亮时表示无进位，进位标志为“0” ；指示灯CY 灭时表示有进位，进位标志为“1”。

3、验证带进位运算及进位锁存功能时，使Cn=1, Ar=0, SW-B=1。

T4脉冲到来时，将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中。

注意观察进位标志显示灯CY 。

（三） 移位运算实验一、实验目的验证移位运算控制的组合功能。

二、实验原理移位运算实验原理图如图5所示， 74LS299功能表如表1所示图4表1 74LS299功能表三、实验步骤1、移位操作：（1）置数，具体步骤如图6所示。

2、移位，参照功能表改变S0 S1 T4 299-B 的状态，按动微动开关KK2,观察移位的结果。

实验二 存储器实验一、实验目的掌握静态随机存储器的工作特性及数据的读写方法。

二、实验原理图5 移位运算实验原理图图6实验所用的静态存储器电路原理图如图7所示。

三、实验步骤1、写操作。

给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11、12、13、14、15，具体操作步骤图8所示（以向0号单元写入数据11为例）。