计算机组成实验报告模板 2015-12-1修订版

2015 计算机组成原理 ·实验报告· 实验内容： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 电 话： 邮 件： 报告日期： 指导教师： 运算器组成实验 计算机科学与技术 1201 U20091224 范XX 1345565666 1345565666@qq.com 2014-03-05 胡迪青 谭志虎 秦磊华 计算机科学与技术学院

华 中 科 技 大 学 课 程 实 验 报 告

目 录

1 2 3

实验目的 .............................................................................................. 1 实验环境 .............................................................................................. 1 实验内容 .............................................................................................. 1 3.1 3.2 3.3 4

LOGISM实验 ........................................................................................1 74LS181实验 .....................................................................................2 运算通路实验 ....................................................................................3

方案设计 .............................................................................................. 3 4.1 4.2 4.3

运算器扩展 .......................................................................................3 溢出检测 ...........................................................................................4 数组累加求和方案 ............................................................................4

5 过程与调试 ........................................................................................... 4 5.1 5.2 5.3 5.4

实验步骤 ...........................................................................................5 测试用例 ...........................................................................................5 结果与分析 .......................................................................................5 故障与调试 .......................................................................................5

6 总结与心得 ........................................................................................... 5 6.1 6.2

实验总结 ...........................................................................................6 实验心得 ...........................................................................................6

7

参考文献 .............................................................................................. 6

I

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实验目的

? 熟悉Logisim软件平台； ? 掌握运算器基本工作原理；

? 掌握运算溢出检测的原理和实现方法； ? 理解有符号数和无符号数运算的区别； ? 理解基于补码的加/减运算实现原理； ? 熟悉运算器的数据传输通路。

2 实验环境

Logisim是一款数字电路模拟的教育软件，每一位用户都可以通过它来学习如

何创建逻辑电路，方便简单。 它是一款基于Java的应用程序，可运行在任何支持JAVA环境的平台，方便学生来学习设计和模仿数字逻辑电路。Logisim中的主要组成部分之一就在于设计并以图示来显示CPU。当然Logisim中还有其他多种组合分析模型来对你进行帮助，如转换电路，表达式，布尔型和真值表等等。同时还可以重新利用小规模的电路来作为大型电路的一部分。

3 实验内容

3.1 Logism实验

? 学习使用Logism工具栏上的功能

? 学会使用子电路，并能将子电路放到main电路中使用 ? 学习使用时钟，并能使用时钟单步或自动运行 ? 学会使用分线器，理解线宽的概念

? 学会使用隧道，学习使用探测器，了解logisim数据监测方法。 ? 熟悉按键、LED，数码管等基本输出设备

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3.2 运算器封装实验

? 利用logisim平台中现有运算部件构建一个32位运算器，可支持算数加、减、

乘、除，逻辑与、或、非、异或运算、逻辑左移、逻辑右移，算术右移运算，支持常用程序状态标志（有符号溢出OF、无符号溢出CF，结果相等Equal），运算器功能以及输入输出引脚见下表，在主电路中详细测试自己封装的运算器。

表1 片引脚与功能描述

引脚 X Y ALU_OP Result Result2

输入/输出 输入 输入 输入 输出 输出

位宽 32 32 4 32 32

功能描述 操作数X 操作数Y

运算器功能码，具体功能见下表 ALU运算结果

ALU结果第二部分，用于乘法指令结果高位或除法指令的余数位，其他操作为零

OF CF Equal

输出 输出 输出

1 1 1

有符号加减溢出标记，其他操作为零 无符号加减溢出标记，其他操作为零 Equal=(x==y)?1:0, 对所有操作有效

表2 运算符功能

ALU OP 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000

十进制

运算功能

Result = X << Y 逻辑左移 （Y取低五位） Result2=0 Result = X >>Y 算术右移 （Y取低五位） Result2=0 Result = X >>> Y 逻辑右移 （Y取低五位） Result2=0 Result = (X * Y)[31:0]; Result2 = (X * Y)[63:32] 有符号 Result = X/Y; Result2 = X%Y 无符号 Result = X + Y Result2=0 (Set OF/CF) Result = X - Y Result2=0 (Set OF/CF) Result = X & Y Result2=0 Result = X | Y Result2=0

2

0 1 2 3 4 5 6

7 8