8位运算器实验 计算机组成原理,计算机组成原理-运算器组成实验.doc

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 Ⅱ

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。

①一位二进制的加减法器电路图为:

②建立波形文件,设置数值进行测试

③封装为芯片,设计8位二进制的加减法器,电路图如下

④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.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。

开启缓冲三态门,波形如下:

时序关系表为:

序号

nsw-bus

nR0-BUS

LDR0

LDR1

LDR2

m

nalu-bus

IN7~IN0

BUS7~BUS0

1

0

1

0

0

0

0

1

00H

00H

2

0

1

0

0

0

0

1

01H

01H

3

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。

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-bus

nR0-BUS

LDR1

LDR2

LDR3

m

nalu-bus

IN7~IN0

BUS7~BUS0

1

0

1

上升沿

0

0

0

1

55H

55H

2

1

1

0

上升沿

0

0

1

00H

ZZH

3

0

0

上升沿

0

0

0

1

00H

00H

4

1

0

0

0

上升沿

0

1

55H

ZZH

5

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-bus

nR0-BUS

LDR1

LDR2

LDR3

m

nalu-bus

IN7~IN0

BUS7~BUS0

1

0

1

上升沿

0

0

0

1

AAH

AAH

2

1

1

0

上升沿

0

0

1

00H

ZZH

3

0

0

上升沿

0

0

0

1

00H

00H

4

1

0

0

0

上升沿

0

1

00H

ZZH

5

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

LDR0

LDR1

LDR2

m

nalu-bus

IN7~IN0

BUS7~BUS0

1

0

0

上升沿

0

1

55

2

1

0

上升沿

0

1

3

0

0

上升沿

0

1

AA

4

1

0

上升沿

0

1

5

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。

①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

IN7~IN0

BUS7~BUS0

1

0

0

上升沿

1

1

55

2

1

0

上升沿

1

1

3

0

0

上升沿

1

1

AA

4

1

0

上升沿

1

1

5

1

0

1

0

AB

②计算55-AA,波形图,时序图为:

序号

nsw-bus

nR0-BUS

LDR0

LDR1

LDR2

m

nalu-bus

IN7~IN0

BUS7~BUS0

1

0

0

上升沿

1

1

55

2

1

0

上升沿

1

1

3

0

0

上升沿

1

1

AA

4

1

0

上升沿

1

1

5

1

0

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