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.pdf

《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》 在计算机科学与技术领域，理解和实现计算机内部的基本运算单元至关重要。本实验报告聚焦于八位补码加减法器的设计与实现，这是一项基础且关键的任务，因为计算机的算术逻辑单元（ALU）正是依赖于这类运算器进行数据处理。 实验的目标在于深化理解ALU的工作原理，熟悉数据传输路径，并掌握八位补码加减法运算器的设计方法。设计一个8位补码加/减法运算器，需要在QUARTUS II软件中绘制电路原理图，然后进行功能仿真测试，确保其正常工作。一旦测试通过，该运算器将被封装为一个独立的芯片。建立运算器的数据通路，利用已设计的运算器芯片，进行一系列的操作测试，验证其加法、减法运算的准确性和数据存储的正确性。 实验任务具体包括： 1. 开启输入缓冲三态门，对比输入数据与总线上的数据是否一致，以检验数据传输的准确性。 2. 将特定数值存入数据寄存器DR1和DR2，检查数据是否成功存入，这通常通过读取寄存器的值并与输入值比较来完成。 3. 执行加法和减法运算，如55H+AAH，55H-AAH，AAH-55H，以及更复杂的12H+34H-56H，验证运算结果的正确性，这需要理解和运用补码运算的规则，以及检查溢出标志。 4. 将运算结果存入寄存器R0，并再次确认数据存储的正确性。 实验预习阶段，学生需要了解运算器数据通路的结构，以及ALU的功能特性。此外，还要学习一位全加器的电路设计，这是构建多位加减法运算器的基础。实验电路设计包括一位全加器和多位全加器的组合，通过M输入进行加减法方式的切换。学生需撰写实验报告，详细记录控制信号的值及时序关系，分析仿真波形，以及总结实验心得。 实验设计的关键在于补码的概念，补码用于表示负数，使得加减运算可以在相同的硬件上进行。在8位补码加减法器中，当M为0时，执行加法；为1时，执行减法。通过异或操作和进位机制，实现加减运算的转换。而控制信号的正确设置，是确保运算器正常工作的核心。 八位补码加减法器的设计与实现不仅锻炼了学生的硬件设计能力，也强化了他们对计算机底层运算原理的理解。这是一次理论与实践相结合，深化数字逻辑和计算机组成原理知识的宝贵实验。