计算机组成原理运算器实验报告

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。

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（K15K13~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。

计算机组成原理运算器实验报告

计算机组成原理运算器实验报告

1. 简介

本报告旨在介绍我们小组进行的计算机组成原理运算器实验，包括实验目的、实验过程、实验结果以及总结。

2. 实验目的

• 理解运算器在计算机系统中的作用和原理。

• 掌握运算器设计和实现的基本方法。

• 熟悉计算机寄存器的结构和功能。

• 熟练使用Verilog HDL进行电路设计和仿真。

3. 实验过程

实验准备

• 阅读相关教材和文献，了解运算器的基本原理和设计方法。

• 确定实验所需的功能和性能要求。

• 分析运算器的输入输出信号及其功能。

• 设计运算器的数据通路和控制逻辑。 运算器设计与实现

1. 根据实验要求，设计运算器的数据通路和控制逻辑，并使用Verilog HDL进行电路定义。

2. 编写仿真测试程序，验证设计的运算器在不同情况下的正确性和性能。

3. 将设计的电路综合为目标器件，并进行逻辑门级的仿真和验证。

4. 将综合结果下载到目标芯片上进行验证和测试。

实验结果

• 实验结果表明，设计的运算器在满足要求的情况下能够正确地完成各种运算操作。

• 通过仿真和验证，验证了运算器的正确性和性能。

4. 实验总结

• 本实验通过设计和实现计算机组成原理运算器，进一步加深了我们对运算器原理和设计的理解。

• 验证了运算器的正确性和性能，提高了我们的动手实践能力和团队协作能力。

• 在实验过程中，我们遇到了一些问题和挑战，但通过不断学习和尝试，最终解决了这些问题。 • 通过本次实验，我们深刻认识到如何将理论知识应用于实际问题的重要性，同时也意识到了自己在计算机组成原理领域的不足之处，将继续努力提高自己的能力。

5. 参考文献

• 张泽民. 计算机组成原理. 电子工业出版社, 2018.

• Patterson, D. A., & Hennessy, J. L. (2017). Computer

Organization and Design: The Hardware Software Interface.

计算机组成与结构

实 验 报 告

一、实验题目：

1、C51高级语言模型机的设计和实现

2、基本逻辑单元实验

二、实验目的与要求：

实验一：

1.学习手动实验环境的建立

2.了解如何实现中断服务、控制流水灯的快慢等

实验二：

1. 学习构成计算机硬件的基础数字逻辑电路的应用；

2. 了解74LS08逻辑与、74LS32逻辑或、74LS04逻辑非、74LS138三-八译码器的工作方式。

三、实验步骤（阐述主要步骤）：

实验一：

①首先卸去实验连接，系统工作方式设为“微控／在线”。

②程序代码及微指令代码的装载

③把I/O单元的S15~S0开关设置为“0FF01”。

④点击或按动连续运行命令键，进入程序的连续运行。

⑤结果观察

⑥中断更新

实验二：

① 首先卸去实验连接，系统工作方式设为“手动／搭接”。

② 将I/O单元S15~S8开关置高电平（拨向上方）用作输出设备。

③ 分别进行逻辑与、逻辑非、逻辑或以及三八译码器的接线操作

④ 结果观察

四、实验结论：

实验一：

设计了一个死循环，S15-S8的对应发光管进入带进位左右移循环状态。将S7~S0设置为“00h”，对应S7~S0的发光管处“暗”状态。中断更新后，S15~S8所对应的发光管的移动速度明显变慢。将S7~S0设置为“01h”，再按中断按钮，S15~S8的发光管移动速度明显加快。

实验二：

1、 逻辑与：当与门输入为全1时，其输出为1；否则输出为0。

2、 逻辑或：当或门输入为全0时，其输出为0；否则输出为1。

3、 逻辑非：当非门输入为0时，其输出为1；当非门输入为1时，其输出为0。

4、三八译码器：验证结果：

C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1