计算机组成原理实验报告一：运算器实验.docx

计算机组成原理实验报告一：运算器实验，计算机组成原理实验报告一：运算器实验。 计算机组成原理实验报告一：运算器实验 1. 实验目的与要求： 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输通道。 （3）验算由74LS181等组合逻辑电路组成的运输功能发生器运输功能。 （4）能够按给定数据，完成实验指定的算术/逻辑运算。 实验要求：完成实验接线和所有练习题操作。 ### 计算机组成原理实验报告一：运算器实验 #### 实验背景及目标 本次实验旨在通过实际操作深入理解计算机组成原理中的关键组件——运算器。运算器是计算机内部执行基本算术与逻辑运算的核心部件，对于学习计算机体系结构至关重要。 #### 实验目的与要求 1. **掌握算术逻辑单元ALU（74LS181）的工作原理**：了解74LS181芯片如何实现基本的算术和逻辑运算，如加法、减法、与逻辑、或逻辑等。 2. **掌握简单运算器的数据传输通道**：熟悉数据如何在运算器内部流动，包括输入数据如何被处理以及结果如何被输出。 3. **验算由74LS181等组合逻辑电路组成的运输功能发生器的运输功能**：通过实验验证这些电路是否能正确地传输数据。 4. **能够按给定数据，完成实验指定的算术/逻辑运算**：通过具体的实验步骤，学会使用74LS181等逻辑芯片来实现加法、减法等运算。 #### 实验内容与设计 ##### 实验题目：四位补码运算器 本次实验要求设计一个能够实现补码加法、减法、左移、右移、直接传送等功能的四位补码运算器。 1. **实验目的** - 数据宽度为4位，设计出实验线路图。 - 设计实验步骤。 - 更好地理解电子元件。 - 使用开关进行数据加载，完成补码加、减运算。 - 符号位运算采用双符号位，累加器应有清零控制。 - 通过指示灯观察运算结果，记录实验现象，写出实验报告。 2. **硬件环境** - 输入：使用74173芯片作为输入控制。 - 输出：实验结果通过指示灯显示。 - 其他硬件：还包括拨码开关、按键等用于输入控制信号。 3. **软件环境** - 使用QuartusII软件进行电路设计和仿真。 4. **实验步骤** - **原理图输入**：调用寄存器、移位器、补码加法器等元件，根据给定的设计图纸完成四位补码运算器电路设计。 - **管脚锁定**：根据实验设备的具体要求，将各个元件的输入输出管脚与实验台上的接口对应锁定。 - **管脚锁定完毕后，在QuartusⅡ中选择EP4CE6/10E器件，进行原理图的编译和适配，无误后完成下载**。 - **功能测试**：利用开关与指示灯测试加法、减法、左移、右移、直传等功能，并分析结果正确性。 5. **实验原理图** - 在实验中需要参考的原理图应当包含了寄存器、移位器、补码加法器等主要元件的连接方式。这些元件的布局和连接方式对于实现所需的运算功能至关重要。 6. **实验结果** - 需要记录下实验过程中观察到的现象，比如通过指示灯显示的运算结果是否符合预期，以及在不同操作下的反应情况。 - 对比实验结果与理论值，分析可能存在的误差原因，如连线错误、元件故障等。 #### 实验总结 通过本次实验，不仅加深了对计算机组成原理的理解，还掌握了如何使用74LS181等逻辑芯片实现基本的算术和逻辑运算。此外，还学会了如何使用QuartusII软件进行电路设计和仿真，这对于后续更复杂的项目具有重要的实践意义。实验过程中的问题排查也锻炼了解决实际问题的能力。