计算机组成原理实验.zip

计算机组成原理是计算机科学与技术领域的一门基础课程，它主要研究计算机系统的基本构造和工作原理。本实验报告聚焦于运算器的组成，是南通大学计算机组成原理课程的一部分。通过这个实验，学生能够深入理解算术逻辑运算单元（ALU）的工作机制，以及简单运算器的数据传输路径。 一、算术逻辑运算单元（ALU） ALU是计算机硬件中的核心组件之一，负责执行基本的算术和逻辑运算。在本实验中，ALU的设计着重于8位补码表示的加/减法运算。ALU通常包括多个基本单元，如加法器、比较器和选择器，它们共同协作完成各种运算任务。8位补码表示法用于处理负数，通过取反加1的方式表示负数，使得加法和减法可以使用相同的硬件电路进行。 二、数据传送通路 在运算器中，数据的传输通路至关重要。它包括数据输入、输出、内部数据总线以及控制信号等组成部分。当指令被执行时，数据从内存读取到寄存器，然后经过ALU进行运算，最后将结果写回内存或寄存器。这个过程中，控制信号协调着数据的流动，确保正确无误地执行每一步操作。 三、8位补码加/减法运算器设计 8位补码加/减法运算器设计涉及以下几个步骤： 1. 搭建加法器：需要构建一个8位全加器，处理每一位的进位。全加器会考虑当前位和进位位，进行二进制加法。 2. 负数处理：对于减法，可以通过取补再加的方法来实现。即先将减数转换为其补码，然后与被减数相加。 3. 溢出检测：在8位运算中，需要检查是否有溢出，即运算结果是否超过了8位所能表示的范围。可以通过比较进位位（CF）和最高位（MSB）的异或结果来判断。 4. 错误处理：如果检测到溢出，应设置相应的标志位，以便于软件进行错误处理。 四、运算器电路的仿真测试 在硬件设计完成后，通常会通过电子设计自动化（EDA）工具进行电路仿真测试。这包括对ALU及数据传输通路的功能验证，确保其在不同输入条件下能正确执行运算并返回预期结果。仿真测试有助于发现设计中的错误，优化电路性能，并在实际制作前减少硬件成本。 这份南通大学的计算机组成原理实验报告详细介绍了ALU的工作原理和运算器的实现，不仅加深了学生对计算机底层运作的理解，也为他们提供了实践操作的经验。通过这样的实验，学习者能够更好地掌握计算机系统的核心概念，并为后续的学习和研究打下坚实的基础。