基本运算器实验定稿版

运算器实验报告实验背景运算器是计算机中一种重要的基本逻辑电路，用于进行算术和逻辑运算。

本次实验旨在设计一个基于逻辑门的4位二进制加法器，以实现两个4位二进制数的加法运算。

实验设备与材料1. 逻辑门：AND门、OR门、XOR门、NOT门2. 电路连接线3. 电压源4. 实验板5. 4个开关、8个LED灯实验原理在二进制数的加法中，我们需要对每一位进行逐个相加，并考虑进位的情况。

对于两个4位二进制数的加法，我们可以将其划分为4个单独的位加法运算，再结合进位的情况进行计算。

实验步骤1. 连接电路：根据逻辑门的真值表和逻辑方程，使用电路连接线将逻辑门按照设计要求连接在一起。

2. 设计输入：使用4个开关分别表示两个4位二进制数的每一位输入。

3. 设计输出：使用8个LED灯分别表示两个4位二进制数的每一位输出和进位。

4. 进行实验：按照设计的输入情况，观察LED灯的亮灭情况，验证加法器的正确性。

5. 记录结果：将实验结果记录在实验报告中。

实验结果与分析实验中，我们设计的4位二进制加法器成功实现了两个4位二进制数的加法运算。

通过观察LED灯的亮灭情况，我们可以判断出加法器的计算是否正确。

在实验过程中，我们发现在某些情况下，LED灯的亮灭可能存在短暂的闪烁现象，这是因为逻辑门的切换速度限制导致的，不会影响加法器的正常运算结果。

实验总结通过本次实验，我们深入理解了运算器的工作原理，并成功设计并实现了一个基于逻辑门的4位二进制加法器。

在实验中，我们熟悉了逻辑门的连接方法，并通过观察LED灯的亮灭情况验证了加法器的正确性。

此外，在实验中我们也发现了逻辑门的切换速度限制会导致LED 灯的闪烁现象。

在实际应用中，我们需要根据逻辑门的性能要求选择适当的门延迟时间，以保证运算器的稳定工作。

总体而言，本次实验对于我们理解运算器的工作原理，掌握逻辑门的应用具有重要意义。

我们相信通过进一步的学习和实践，我们能够设计出更加复杂和高效的运算器，为计算机的发展做出更大的贡献。

计算机组成原理实验报告实验名称基本运算器实验实验日期2016.9.18 学生姓名学号班级实验目的①了解运算器的组成结构：观察并且熟悉运算器内部的三个独立运算部件（算术、逻辑和移位运算）；②掌握运算器的工作原理：通过连线、给暂存器赋初值、修改操作码观察两暂存器中值的运算结果。

实验内容①连线：用合适的线连接对应的指定区域；②赋初值：拨动相应开关，给暂存器A、B赋相应的初值；③观察T1、T2、T3节拍，并进入T3节拍；④改变K20（S0）、K21（S1）、K22（S2）、K23（S3）、K12（CN_I）的值（即改变不同的操作码），对暂存器中的数进行不同的运算，观察并记录运算器的输出。

实验仪器及元件①STAR COP2018实验仪一套②PC机一台实验原理及电路图①先将要处理的数据存至暂存器A、B中。

暂存器A和暂存器B的数据能在 LED灯上实时显示，原理如下图：②寄存器R0-3、堆栈寄存器SP、标志寄存器PSW（含FC、FZ、FS、I）共用R_0..R_7八个发光二极管，通过Select按键选择，按键上方的发光二极管指示R_0..R_7显示那个寄存器的值。

即下图所示处的发光二极管显示的是寄存器的值：③运算器内部含有三个独立运算部件（算术、逻辑和移位运算部件），这三个部件会（图为成功将二进制数01011000写入暂存器A）④给暂存器B赋初值：A．拨动开关区单元的K7..K0开关，形成二进制数10101011（十进制的171、十六进制的AB）；B．拨动开关区单元K15(wA)、K14(wB)、K13(rALU)、K12(CN_I)开关，赋wA=1、wB=0、rALU=1、CN_I=0，按CON单元的STEP按键一次,将二进制数01011000写入暂存器A中。

★ALU单元的A_7…A_0 LED上显示A中的值。

（如图所示）（图为成功将二进制数10101011写入暂存器B）⑤赋wA=1、wB=1、rALU(K13)=0,按uSTEP键，进入T3节拍；⑥对两暂存器中的数据进行运算，并观察显示屏上显示的十六进制结果：不断改变K20（S0）、K21（S1）、K22（S2）、K23（S3）、K12（CN_I）的值：A．当S3=0 S2=0 S1=0 S0=0、CN_I=0时，进行F = A（直通）运算，显示屏结果为58.（图为F=A的运算结果）B．当S3=0 S2=0 S1=0 S0=0、CN_I=1时，进行F = B（直通）运算，显示屏结果为AB.（图为F=B的运算结果）C．当S3=0 S2=0 S1=0 S0=1、CN_I=X（0或者1）时，进行F = A + B （或）运算，显示屏结果为FB.（图为F = A + B的运算结果）实验结果分析由于课堂时间原因，实际上只完成了运算结果表的前三项，即逻辑运算的前三项，实验结果见下表：运算类型A B S3 S2 S1 S0CN_I结果逻辑运算58 AB 0000 0 ALU=（58） FC=（0）FZ=（0） FS=(0)58 AB 0000 1 ALU=（AB） FC=（0）FZ=（0） FS=(0)58 AB 0001 X ALU=（FB） FC=（0）FZ=（0） FS=(0)注：FC、FZ、FS中0表示灭，1表示亮对应ALU功能表，对实验结果进行分析可得：①当S3=0 S2=0 S1=0 S0=0、CN_I=0时，进行F = A（直通）运算，由于显示屏只有两位，且我们写入寄存器A的数据为01011000，因此在显示屏上显示的是该数据的十六进制表示：58。

实验报告_运算器实验一、实验目的本次运算器实验的主要目的是深入了解运算器的工作原理和功能，通过实际操作和观察，掌握其基本运算逻辑和数据处理过程，培养对计算机硬件系统的理解和实践能力。

二、实验设备本次实验所使用的设备包括计算机一台、相关的实验软件以及连接线路等。

三、实验原理运算器是计算机的核心部件之一，它负责执行各种算术和逻辑运算。

其基本组成包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据总线等。

算术逻辑单元（ALU）是运算器的核心，能够进行加法、减法、乘法、除法等算术运算，以及与、或、非等逻辑运算。

寄存器用于暂时存储参与运算的数据和运算结果。

数据总线则用于在各个部件之间传输数据。

在运算过程中，数据从寄存器通过数据总线传输到ALU 进行运算，运算结果再通过数据总线存储回寄存器或传输到其他部件。

四、实验内容与步骤（一）实验内容1、进行简单的算术运算，如加法、减法、乘法和除法。

2、执行逻辑运算，包括与、或、非操作。

3、观察运算结果在寄存器和数据总线上的传输和存储过程。

（二）实验步骤1、打开实验软件，连接好实验设备。

2、选择要进行的运算类型，如加法运算。

3、在相应的输入框中输入两个操作数。

4、点击“计算”按钮，观察运算结果在寄存器中的显示。

5、重复上述步骤，进行其他类型的运算。

五、实验结果与分析（一）实验结果1、加法运算：当输入操作数分别为 5 和 3 时，运算结果为 8，准确无误。

2、减法运算：输入 8 和 3，结果为 5，符合预期。

3、乘法运算：输入 2 和 4，得到结果 8，正确。

4、除法运算：输入 10 和 2，结果为 5，无差错。

5、逻辑运算：与运算：输入 1010 和 1100，结果为 1000。

或运算：输入 0101 和 1010，结果为 1111。

非运算：输入 1010，结果为 0101。

（二）结果分析通过对实验结果的观察和分析，可以得出以下结论：1、运算器能够准确地执行各种算术和逻辑运算，结果符合预期。

运算器实验实验报告一、实验目的运算器是计算机中进行算术和逻辑运算的部件，本次实验的目的在于深入理解运算器的工作原理，掌握其基本结构和功能，并通过实际操作和测试，提高对计算机硬件系统的认识和实践能力。

二、实验设备本次实验所使用的设备包括：计算机、数字逻辑实验箱、导线若干等。

三、实验原理运算器主要由算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据通路和控制逻辑等组成。

ALU 是运算器的核心部件，能够执行加法、减法、乘法、除法等算术运算以及与、或、非等逻辑运算。

寄存器用于存储参与运算的数据和运算结果，数据通路负责在各部件之间传输数据，控制逻辑则根据指令控制运算器的操作。

在本次实验中，我们采用数字逻辑电路来构建运算器的基本功能单元，并通过连线和设置控制信号来实现不同的运算操作。

四、实验内容1、算术运算实验（1）加法运算首先，将两个 8 位二进制数分别输入到两个寄存器中，然后通过控制信号使 ALU 执行加法运算，将结果存储在另一个寄存器中，并通过数码管显示出来。

通过改变输入的数值，多次进行加法运算，观察结果是否正确。

（2）减法运算与加法运算类似，将两个 8 位二进制数输入到寄存器中，使 ALU 执行减法运算，观察结果的正确性。

2、逻辑运算实验（1）与运算输入两个 8 位二进制数，控制 ALU 进行与运算，查看结果。

（2）或运算同样输入两个 8 位二进制数，进行或运算并验证结果。

（3）非运算对一个 8 位二进制数进行非运算，观察输出结果。

3、移位运算实验（1）逻辑左移将一个 8 位二进制数进行逻辑左移操作，观察移位后的结果。

（2）逻辑右移执行逻辑右移操作，对比移位前后的数据。

五、实验步骤1、连接实验设备按照实验箱的说明书，将计算机与数字逻辑实验箱正确连接，并接通电源。

2、构建电路根据实验要求，使用导线将数字逻辑芯片连接起来，构建运算器的电路结构。

3、输入数据通过实验箱上的开关或按键，将待运算的数据输入到相应的寄存器中。

级班学号姓名实验报告实验一运算器实验一、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；3、验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能；4、按指定数据完成几种指定的算术运算。

二、实验设备DVCC-C5JH计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

三、实验原理1、实验中所用的运算器数据通路图如附A图1-3所示。

其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。

运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关（“INPUT DEVICE”）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连，数据显示灯（“BUS UNIT”）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。

2、控制信号说明：T4：脉冲信号；实验时，将W/R UNIT的T4接至STATE UNIT的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。

S3~S0、M：运算器的功能控制信号；可参见74181芯片的功能表P64。

Cn：进位控制信号，低电平有效。

LDDR1、LDDR2：数据寄存器DR1和DR2的数据装载控制信号，高电平有效。

ALU-B：该控制信号控制是否将ALU的结果送到总线上，低电平有效。

SW-B：三态门开关信号，控制是否打开三态门，低电平有效。

四、实验内容1、算术逻辑运算实验：实验步骤：①按图1-2连接路线，仔细检查无误后，接通电源；②用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。

A）数据开关置01100101；B）设置switch unit：ALU-B=1 SW-B=0 LDDR1=1 LDDR2=0 C）按动KK2给出一个单脉冲信号，即T4=┎┒D）数据开关置10100111；E）设置switch unit：LDDR1=0 LDDR2=1F）按动KK2给出一个单脉冲信号。

计算机科学与技术系实验报告专业名称_______ 计算机科学与技术_________课程名称________ 计算机组成原理__________项目名称________ 基本运算器实验__________班级_______________________________学号_______________________________姓名_______________________________同组人员_________________________________实验日期_________________________________一、实验目的与要求实验目的（1）了解运算器的组成结构（2）掌握运算器的工作原理实验要求（1）实验之前，应认真准备，写出实验步骤和具体设计内容，否则实验效率会很低, 次实验时间根本无法完成实验任务；（2）应在实验前掌握所以控制信号的作用，写出实验预习报告并带入实验室;（3）实验过程中，应认真进行实验操作，既不要因为粗心造成短路等事故而损坏设备，又要自习思考实验有关内容；（4）实验之后，应认真思考总结，写出实验报告，包括实验步骤和具体实验结果，遇到的问题和分析与解决思路。

还应写出自己的心得体会，也可以对教学实验提出新的建议等。

实验报告要上交老师。

二、实验逻辑原理图与分析画实验逻辑原理图逻辑原理图分析上图为运算器原理图。

如图所示运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B,三个部件同时接受来自A 和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM,各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3- S0和CN来决定（三选一开关），任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。

如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC,在运算结果输出前，置ALU零标志FZ。

ALU中所有模块集成在一片CPLD中。

运算器实验实验报告（计算机组成原理）西安财经学院信息学院《计算机组成原理》实验报告实验名称运算器实验实验室实验楼 418实验日期第一部分8 位算术逻辑运算实验一、实验目的 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路组成原理。

3、验证算术逻辑运算功能发生器 74LSl8l 的组合功能。

4、按给定数据，完成实验指导书中的算术／逻辑运算。

二、实验内容 1 、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图 1－1 所示。

其中运算器由两片 74LS181以并/串形成 8 位字长的 ALU 构成。

运算器的输出经过一个三态门 74LS245(U33)到内部数据总线 BUSD0～D7 插座 BUS1～2 中的任一个（跳线器JA3 为高阻时为不接通），内部数据总线通过 LZD0～LZD7 显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器 74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至内部总线BUS，实验时通过 8 芯排线连至外部数据总线 E_D0～D7 插座E_J1～E_J3 中的任一个；参与运算的数据来自于 8 位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门 74LS245（U51）直接连至外部数据总线 E_D0～E_D7，通过数据开关输入的数据由 LD0～LD7 显示。

图 1-1 中算术逻辑运算功能发生器 74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M 并行相连后连至 6 位功能开关，以手动方式用二进制开关 S3、S2、S1、S0、CN、M 来模拟74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号 LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`以手动方式用二进制开关 LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB 来模拟，这几个信号姓名学号班级年级指导教师李芳有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB`、SWB`为低电平有效，LDDR1、LDDR2 为高电平有效。

运算器数据通路2.实验步骤连接实验线路, 实验连线如下图所示。

仔细查线无误后, 接通电源。

实验连线图(2) 将时序与操作台单元的开关KK2 置为‘单拍’档,开关KK1.KK3 置为‘运行’档。

(3) 打开电源开关, 如果听到有‘嘀’报警声, 说明有总线竞争现象, 应立即关闭电源, 重新检查接线, 直到错误排除。

然后按动CON 单元的CLR 按钮, 将运算器的A、B 和FC、FZ 清零。

(4) 用输入开关向暂存器A 置数。

①拨动CON 单元的SD27…SD20 数据开关, 形成二进制数01100101（或其它数值）, 数据显示亮为‘1’, 灭为‘0’。

②置LDA=1, LDB=0, 连续按动时序单元的ST 按钮, 产生一个T4 上沿, 则将二进制数01100101 置入暂存器A 中, 暂存器A 的值通过ALU 单元的A7…A0 八位LED 灯显示。

(5) 用输入开关向暂存器B 置数。

①拨动CON 单元的SD27…SD20 数据开关, 形成二进制数10100111（或其它数值）。

②置LDA=0, LDB=1, 连续按动时序单元的ST 按钮, 产生一个T4 上沿, 则将二进制数10100111置入暂存器B 中, 暂存器B 的值通过ALU 单元的B7…B0 八位LED 灯显示。

(6) 改变运算器的功能设置, 观察运算器的输出。

置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0, 然后按表1-1-1置S3、S2、S1、S0 和Cn 的数值, 并观察数据总线LED 显示灯显示的结果。

如置S3、S2、S1、S0 为0010, 运算器作逻辑与运算, 置S3、S2、S1、S0 为1001, 运算器作加法运算。

如果实验箱和PC 联机操作, 则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果（软。

一. 实验目的及要求(1) 了解运算器的组成结构。

(2) 掌握运算器的工作原理。

二. 实验模块及实验原理本实验的原理如图1-1-1所示。

运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A 和暂存器B ，三个部件同时接受来自 A 和B 的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号 S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为 ALU的输出。

如果是影响进位的运算，还将置进位标志 FC，在运算结果输出前，置 ALU零标志。

ALU中所有模块集成在一片CPLD 中。

逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。

移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-1-2所示。

图中显示的是一个 4X4 的矩阵（系统中是一个 8X8 的矩阵）。

每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连, 而没有同任何输入相连的则输出连接0 。

(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。

例如，在4 位矩阵中使用‘右1 ’和‘左 3 ’对角线来实现右循环 1 位。

(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是 0 填充，具体由相应的指令控制。

使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。

运算器部件由一片CPLD 实现。

ALU的输入和输出通过三态门74LS245 连到CPU 内总线上，另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志FZ。

请注意：实验箱上凡丝印标注有马蹄形标记‘’，表示这两根排针之间是连通的。

图中除 T4和CLR ，其余信号均来自于 ALU单元的排线座，实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的 T1、T2、T3、T4，CLR 都连接至 CON单元的CLR 按钮。

运算器实验报告
实验目的
本次实验的主要目的是研究计算机运算器的工作原理，并通过实验模拟计算器的加减乘除运算，以达到对运算器工作原理的理解与掌握的目的。

实验器材
该实验所需的器材主要有：
1.计算机运算器实验板
2.示波器
3.数字信号发生器
4.电缆线
5.万用表
6.电子元器件
实验步骤
1.根据实验板说明书进行组装，接通电源，检查实验板是否能够正常工作。

2.使用数字信号发生器提供输入信号，将输入信号通过运算器
进行运算，从而得到相应的输出信号。

3.使用示波器观测输入信号和输出信号的波形，以评估运算器
的各项性能指标。

4.通过电缆线将运算器连接到计算机，将运算器的输出信号保
存至计算机硬盘，以方便后续处理和分析。

实验结果
通过对实验板的组装和调试，我们成功地实现了模拟计算器的
加减乘除运算。

同时，我们还使用示波器观测到了输入信号和输
出信号的波形，并通过电缆线将运算器连接到计算机，将运算器
的输出信号保存到了计算机硬盘中。

实验总结
本次实验结束后，我们深刻地认识到了计算机运算器的重要性。

在计算机系统中，运算器扮演着极为关键的角色，通过对各种数
字信号进行加减乘除等运算，完成了计算机的复杂计算任务。

因此，对运算器的研究和掌握显得十分必要，尤其是在计算机科学
与技术领域，更是必不可少的一部分。

最后，我们要感谢老师对我们的指导和支持，在这个实验中，我们更加深入地了解了计算机的原理与工作机制。

希望在未来的学习中能够发扬这种学习精神，更好地掌握计算机科学与技术的核心内容，为我们的学习和研究提供有力的支撑。