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  • 资料简介南通大学信息科学技术学院《计算机组成实验》实验报告实验名称 运算器设计与实现班级 物联网工程 192学生姓名 谢焘 学号 1930110689指导教师 成耀日 期 2021 年 6 月 1 日实验 运算器设计与实现一、实验...

    资料简介

    南通大学信息科学技术学院

    《计算机组成实验》

    实验报告

    实验名称 运算器的设计与实现

    班级 物联网工程 192

    学生姓名 谢焘 学号 1930110689

    指导教师 成耀

    日 期 2021 年 6 月 1 日

    实验 运算器的设计与实现

    一、实验目的

    1.熟悉 Vivado 软件的使用方法。

    2.熟悉运算器的功能。

    3.掌握自顶而下的硬件模块设计方法。

    4.掌握电路仿真测试方法,掌握仿真激励文件的编写,掌握仿真输出的分析方法。

    二、实验任务

    设计一个运算器,具有基本的加、减、与、非、异或等功能。

    三、设计步骤

    (1)实验电路原理及信号说明

    运算器的逻辑结构如图所示:

    信号名 功能 位宽 类型

    X 操作数 32 输入

    Y 操作数 32 输入

    Aluc 操作码 4 输入

    R 运算结果 32 输出

    Z 零标志 1 输出

    其中 Aluc 操作码对应功能如下:

    Aluc 功能描述 Aluc 功能描述

    0000 Add 加 0100 Xor 异或

    0001 Sub 减 0101 左移

    0010 And 与 0111 右移

    0011 Or 或 1101 算术左移

    0100 Xor 异或 1111 算术右移

    0110 Lui 设置高位

    具体设计如下:

    本实验采用运算部件并行多路选择实现,运用了 32 位加/减法器,32 位移位器,32 位 6 选 1 选

    择器。

    (2)实验电路设计

    顶层文件:

    module ALU(X,Y,Aluc,R,Z);

    input[31:0]X,Y;

    input[3:0]Aluc;

    output[31:0]R;

    output Z;

    wire[31:0]d_as,d_and,d_or,d_xor,d_lui,d_sh,d;

    ADDSUB_32 as32(X,Y,Aluc[0],d_as);

    assign d_and=X&Y;

    assign d_or=X|Y;

    assign d_xor=X^Y;

    assign d_lui={Y[15:0],16'h0};

    SHIFTER shift(Y,X[10:6],Aluc[3],Aluc[1],d_sh);

    MUX6X32 select(d_and,d_or,d_xor,d_lui,d_sh,d_as,Aluc[3:0],R);

    assign Z=~|R;

    endmodule

    32 位加法/减法计算器:

    module ADDSUB_32(X,Y,Sub,S);

    input [31:0]X,Y;

    wire Cout;

    input Sub;

    output [31:0]S;

    CLA_32 adder0(X,Y^{32{Sub}},Sub,S,Cout);

    endmodule

    32 位 CLA 运算器 8x4 位:

    module CLA_32(X,Y,Cin,S,Cout);

    input[31:0]X,Y;

    input Cin;

    output[31:0]S;

    output Cout;

    wire Cout0,Cout1,Cout2,Cout3,Cout4,Cout5,Cout6;

    CLA_4 add0(X[3:0],Y[3:0],Cin,S[3:0],Cout0);

    CLA_4 add1(X[7:4],Y[7:4],Cout0,S[7:4],Cout1);

    CLA_4 add2(X[11:8],Y[11:8],Cout1,S[11:8],Cout2);

    CLA_4 add3(X[15:12],Y[15:12],Cout2,S[15:12],Cout3);

    CLA_4 add4(X[19:16],Y[19:16],Cout3,S[19:16],Cout4);

    CLA_4 add5(X[23:20],Y[23:20],Cout4,S[23:20],Cout5);

    CLA_4 add6(X[27:24],Y[27:24],Cout5,S[27:24],Cout6);

    CLA_4 add7(X[31:28],Y[31:28],Cout6,S[31:28],Cout);

    Endmodule

    4 位 CLA 运算器:

    module CLA_4(X,Y,Cin,S,Cout);

    input [3:0]X,Y;

    output Cout;

    input Cin;

    output [3:0]S;

    and i0(Y_3,X[3],Y[3]);

    or i1(X_3,X[3],Y[3]);

    and i2(Y_2,X[2],Y[2]);

    or i3(X_2,X[2],Y[2]);

    and i4(Y_1,X[1],Y[1]);

    or i5(X_1,X[1],Y[1]);

    and i6(Y_0,X[0],Y[0]);

    or i7(X_0,X[0],Y[0]);

    not i01(Y_31,Y_3);

    nand i02(Y_32,X_3,Y_2);

    nand i03(Y_33,X_3,X_2,Y_1);

    nand i04(Y_34,X_3,X_2,X_1,Y_0);

    nand i05(Y_35,X_3,X_2,X_1,X_0,Cin);

    nand i00(Cout,Y_31,Y_32,Y_33,Y_34,Y_35);//Cout 的输出门级电路实现

    not i_2(Y__3,Y_3);

    and i21(Y_21,Y__3,X_3);

    not i22(Y_22,Y_2);

    nand i23(Y_23,X_2,Y_1);

    nand i24(Y_24,X_2,X_1,Y_0);

    nand i25(Y_25,X_2,X_1,X_0,Cin);

    nand i26(Y_26,Y_22,Y_23,Y_24,Y_25)... 查看更多

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  • 一、实验项目基本信息设备名称计算机...2. 掌握十六位机字与字节运算的数据传输格式,验证运算功能发生器及进位控制的组合功能。了解运算器的工作原理。3. 完成算术、逻辑、移位运算实验,熟悉ALU 运算控制位的运...

    一、实验项目基本信息

    设备名称

    计算机组成原理实验箱(Dais-CMX16+型)

    所属部门

    接口与通信技术实验室

    设备型号

    Dais-CMX16+型

    台套数

    30

    是否自制

    实验目的

    1. 熟悉Dais-CMX16+达爱思教仪的各部分功能和使用方法。

    2. 掌握十六位机字与字节运算的数据传输格式,验证运算功能发生器及进位控制的组合功能。了解运算器的工作原理。

    3. 完成算术、逻辑、移位运算实验,熟悉ALU 运算控制位的运用。

    二、实验项目所用仪器设备

    Dais-CMX16+教学仪器是十六位体系结构的计算机组成原理实验箱。按照通用计算机的标准设计原理计算机。把模型机的构造特性提升到与IBM PC相兼容的水准。采用“变长”指令格式,运用“PLA”理念,用存储器与组合逻辑相结合的方法构造微控制器,三用三总线结构,拥有三级时序系统。

    各部分单元都以计算机结构模型布局,清晰明了,并且都有数码管显示各部件当前内容,数据流向,实验方式有硬布线和软连线两种方式,并且有配套的软件系统可以进行多媒体教学,逻辑分析。

    实验箱使用注意事项:

    1、实验过程中,切勿将杂物放在本机的面板上,以免短路。

    2、本机的连线方式分为“硬布线”和“软连线”这两种方式,对应“手动”和“在线”,“微控”这三种工作方式,每次工作方式设置时,切记实验面板上初始不能有任何双头导线, 接通电源后先设置工作方式。杜绝频繁更改工作方式。

    3、“在线”和“微控”这两种工作方式下,不可随意向实验面板上插双头导线。

    【】

    讲义标题: 01《十六位运算器实验》讲义

    所属部门: 接口与通信技术实验室

    作者: 张旭

    点击下载: 点击下载实验讲义 查看详情: 查看实验讲义

    【】

    课件标题: 01十六位机运算器实验

    所属部门: 接口与通信技术实验室

    作者: 张旭

    查看详情: 点击下载课件

    【】

    案列标题: 01十六位机运算器实验

    所属部门: 接口与通信技术实验室

    作者: 张旭

    查看详情:点击查看详情

    展开全文
  • 运算器设计部分实验快速加法器, 八位可控加法器,十六位快速加法器设计. 四位快速加法器设计,四位先行进位等实验一设计
  • 主要介绍十六位运算器设计; 定点运算器部件的基本功能、基本组成原理、基本设计和实现方法; 位片结构的运算器芯片Am2901原理及应用; 脱机和联机的运算器实验; 提高运算器部件处理能力的可行途径。
  • 16快速加法器、32快速加法器(运算器设计

    万次阅读 多人点赞 2020-04-23 20:35:40
    实验要求我们设计32的快速加法,其思路同16快速加法,有两种解题思路,可用两个16快速加法进行设计,也可用8个四快速加法进行设计(在这里我采用的是后一种解法)。 一.16快速加法电...

    一.16位快速加法器
    首先了解下实验要求,实验要求我们设计出16位并行计算的加法器,因此我们可以借助第三关的四位快速加法器,用四个四位快速加法器构造成一个16位快速加法器
    二.32位快速加法器
    实验要求我们设计32位的快速加法器,其思路同16位快速加法器,有两种解题思路,可用两个16位快速加法器进行设计,也可用8个四位快速加法器进行设计(在这里我采用的是后一种解法)。

    一.16位快速加法器电路设计如下:
    做完前面三关的实验,应该懂得了其电路设计思路,因此在这里就不一一解说了。
    但是次高进位千万不要连接错了,如下图所示,用红色方框标注的是次次次高进位(既是第12位进位)次高如下图所示。
    在这里插入图片描述
    二.32位快速加法器电路设计如下:
    (注意点仍然是次高进位)
    在这里插入图片描述

    展开全文
  • 注意每一片芯片是4位的运算部件,需要四片采用一定方式组成16位运算器。运算的数据,运算结果在脱机实验时通过发光二极管显示;连机实验时通过上位机的屏幕显示。 方案二:利用两片74LS181以并、串形式构成8位字长的...
  • 运算器设计(Logisim实现)

    万次阅读 多人点赞 2019-07-11 18:40:41
    实验平台介绍 1、Logisim软件是一种用于设计和模拟数字逻辑电路的工具。其简单的工具栏界面和构建它们时的电路仿真,使得它非常简单,有助于学习... 1、多串行加法和多可控加减电路的设计 (1)设计完成8...

    实验平台介绍

    1、Logisim软件是一种用于设计和模拟数字逻辑电路的工具。其简单的工具栏界面和构建它们时的电路仿真,使得它非常简单,有助于学习与逻辑电路相关的基本概念。由于能够从较小的子电路构建更大的电路,并通过单个鼠标拖动来绘制电线束,因此可以达到使用Logisim来设计和模拟整个CPU目的。

    实验任务

         1、多位串行加法器和多位可控加减电路的设计

         (1)设计完成8位串行加法器

         (2)找到“☆8位可控加减法器”子电路,仿真验证设计的正确性。

         2、快速加法器的设计

        (1)利用相关知识设计4位先行进位电路。

        (2)利用设计的4位先行电路构造4位快速加法器。

        (3)利用4位快速加法器构造16位的快速加法器。

        (4)再利用16位的快速加法器构造32位的快速加法器。

        3、多位算术逻辑单元ALU设计

        (1)利用设计的32位快速加法器和Logisim中的组件设计完成指定规格的32位  ALU单元。

        (2)利用“ALU自动测试”电路测试ALU各种运算功能的正确性。

    设计思路、电路实现

    1、多位串行加法器

    设计思路:

       每一个FA接收来自低位的进位信号Ci-1,以及数据位xi与yi,完成一位的加法,输出为当前结果位si和进位信号Ci。最低位的进位信号cin给出,最高位的进位信号为cout,为了判断是否溢出,需要将最高位和次高位的进位信号异或输出,溢出信号of。

    电路实现:

    2、多位串行加减法器

    设计思路:

        Sub=0时,作为加法器,Sub就是最低位的进位信号。

    Sub=1时,作为减法器, y作为减数,需要将y按位取反,末位加一。取反只需将yi与Sub信号异或即可,将Sub作为最低位的进位信号,满足末位加一的需要。

    电路实现:

    3、先行进位电路,以及四位快速加法器

     

    设计思路:

    一位全加器,结果Si=Xi xor Yi xor Ci;进位信号Ci+1= Xi Yi + Xi Ci+ YiCi

    并行加法器进位链:

    C1 = X1Y1+(X1⊕Y1)C0=G1+P1C0

    C2 = X2Y2+(X2⊕Y2)C1=G2+P2C1=G2+P2(G1+P1C0)=G2+P2G1+P2P1C0

    C3 = X3Y3+(X3⊕Y3)C2=G3+P3C2=G3+P3(G2+P2G1+P2P1C0)=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0

    C4 = X4Y4+(X4⊕Y4)C3=G4+P4C3=G4+P4(G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0)

    = G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0

     

    四位快速加法器中G,P为

    Gi = XiYi   

    Pi = Xi⊕Yi

     

    成组进位

    C4 = G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0

    G4 *= G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1

    P4 *= P4P3P2P1

    C4 = G4*+P4*C0  

    C1 = G1  +P1 C0    

     

    先行进位电路:

    四位快速加法器电路:

    4、十六位先行进位加法器

    设计思路:

             十六位加法器的实现需要借助已经实现的先行进位电路以及四个4位快速加法器。Cin依然作为最低4位快速加法器的进位信号以及CLA74182,CLA74182输出的Ci-1作为4位快速加法器的cin信号。

    电路设计:

    5、三十二位加法器(不要先行进位)

    电路设计:

    展开全文
  • 十六位快速加法器 32位快速加法器 这个用四个四位也可以 画图也比较简单 我这个画法是参考了同学的感觉比较牛逼 就把之前的删了改成这个了 32位MIPS运算器 画的时候注意分离的参数、比较器的数字类型就行了 把...
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  • 实验一 运算器实验

    2018-11-07 16:43:57
    1)内置一个32num2作为运算器的一个输入; 2)将sw0~sw7输入到num1,经过符号扩展到32后,作为运算器的另一个输入; 3)因为运算器支持“加、减、与、或、非”5种运算,需要3(8个操作)。将sw15~sw13输入到...
  • 组成原理实验 Logisim 运算器实验 Hust

    千次阅读 多人点赞 2020-06-03 12:52:51
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    2015-09-06 16:47:43
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    千次阅读 2020-06-06 15:28:10
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    万次阅读 多人点赞 2020-05-06 16:42:00
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空空如也

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十六位运算器设计