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:
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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