计算机组成原理实验八报告,计算机组成原理实验报告-八位补码加减法器的设计与实现.docx...
計算機科學與技術學院
計算機組成原理
實驗報告書
實?驗?名?稱
班級
學號
姓名
指?導?教?師
日期
成績
八位補碼加/減法器的設計與實現
實驗?1?八位補碼加/減法器的設計與實現
一、實驗目的
1.掌握算術邏輯運算單元(ALU)的工作原理。
2.熟悉簡單運算器的數據傳送通路。
3.掌握?8?位補碼加/減法運算器的設計方法。
4.掌握運算器電路的仿真測試方法
二、實驗任務
1．設計一個?8?位補碼加/減法運算器
(1)參考圖?1，在?QUARTUS?II?里輸入原理圖，設計一個?8?位補碼加/減法
運算器。
(2)創建波形文件，對該?8?位補碼加/減法運算器進行功能仿真測試。
(3)測試通過后，封裝成一個芯片。
2．設計?8?位運算器通路電路
參考下圖，利用實驗任務?1?設計的?8?位補碼加/減法運算器芯片建立運
算器通路。
3．利用仿真波形，測試數據通路的正確性。
設定各控制信號的狀態，完成下列操作，要求記錄各控制信號的值及時
序關系。
(1)在輸入數據?IN7~IN0?上輸入數據后，開啟輸入緩沖三態門，檢查總線
BUS7~BUS0?上的值與?IN0~IN7?端輸入的數據是否一致。
(2)給?DR1?存入?55H，檢查數據是否存入，請說明檢查方法。
(3)給?DR2?存入?AAH，檢查數據是否存入，請說明檢查方法。
(4)完成加法運算，求?55H+AAH，檢查運算結果是否正確，請說明檢查方法。
(5)完成減法運算，分別求?55H-AAH?和?AAH-55H，檢查運算結果是否正確，請
說明檢查方法。
(6)求?12H+34H-56H，將結果存入寄存器?R0，檢查運算結果是否正確，同
時檢查數據是否存入，請說明檢查方法。
三、實驗要求
(1)?做好實驗預習，掌握運算器的數據傳送通路和?ALU?的功能特性。
(2)?實驗完畢，寫出實驗報告，內容如下：
①實驗目的。
②實驗電路圖。
③按實驗任務?3?的要求，填寫下表，以記錄各控制信號的值及時序關系。
表中的序號表示各控制信號之間的時序關系。要求一個控制任務填一張表，并
可用文字對有關內容進行說明。
序
號
nsw
-bu
s
nR0-
BUS
LD
R0
LD
R1
LD
R2?????m
nal
u-b
us
IN7~
IN0
BUS7~B
US0
④仿真波形及仿真結果的分析方法、分析過程和分析結果。
⑤實驗體會與小結。
四、實驗預習內容
1.實驗電路設計原理及思路說明
本實驗利用基本邏輯門電路設計一位全加器(FA)，如表?1：
表?1-一位全加器(FA)電路的輸入輸出信號說明
輸入信號
信號名稱
Ai
Bi
說明
加數
加數
Ci
輸出信號Si
Cj
低位輸入的進位
和
運算產生的進位
然后以此基礎上實現八位補碼加/減法器的設計，考慮到實現所需既可以實現加
法又可以實現減法，所以使用了一個?M?輸入來進行方式控制加減。
2.?實驗電路原理圖
實驗參考電路如下圖所示，下圖(a)是?1?位全加器的電路原理圖，圖(b)是
由?1?位全加器采用行波進位方法設計的多位補碼加/減法運算器。
圖?1-多位補碼加/減法運算器原理圖
圖?2-8?位運算器通路原理圖
3.?實驗電路功能說明
表?2-一位全加器(FA)功能表
輸入
輸出
Ci
0
0
0
0
1
1
Bi
0
0
1
1
0
0
Ai
0
1
0
1
0
1
Si
0
1
1
0
1
0
Cj
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
M
0
0
1
1
表?3-M?與?Bi?異或關系原理圖
Bi
0
1
0
1
M?異或?Bi
0
1
1
0
當?M?為?0?時，Bi?與?M?值無關，當?M?為?1?時，Bi?取反。也就是當?M?為?0?時，執行加法運算，反之
進行減法運算。
FA?實現?Ai?與(Bi?異或?M)的加法運算，再加上?Ci?輸出?Si
輸入
輸出
輸入
表?4-圖?4?功能端口解析
接口
A[7..0]
B[7..0]
M
S[7..0]
OVER
表?5-圖?3?功能端口解析
接口
IN[7..0]
nsw-bus
nalu-bus
nR0-BUS
解析
8?位信號輸入(加/被減數)
8?位信號輸入(加/減數)
控制信號(0?加，1?減)
輸出?8?位計算結果
溢出信號(0?不溢出，1?溢
出)
解析
8?位信號輸入
控制輸入信號(0?有效，1
無效)
控制輸入信號(0?有效，1
無效)
控制輸入信號(0?有效，1
無效)
LDR0
LDR1
LDR2
m
輸出BUS[7..0]
時鐘信號，上升沿有效
時鐘信號，上升沿有效
時鐘信號，上升沿有效
溢出信號(0?不溢出，1?溢
出)
8?位信號輸出
總結
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