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运算器实验论文范文

《计算机组成原理》课程的要求,是应用型本科计算机专业的专业基础课.本课程起着承上启下的重要作用,通过本课程的学习,使学生掌握计算机单机系统硬件各部分的基本组成原理和工作机制以及相关的基本理论,建立起计算机系统的整机概念,为提高学生在硬件方面的专业素质和以学习能力为代表的发展潜力,为其后续专业课程的学习和将来的科研工作奠定坚实的基础.

为了进行计算机组成原理实践教学,让学生更好的掌握计算机各部分的基本组成原理,内蒙古财经学院引进了清华科教仪器厂生产的计算机组成原理实验系统TEC - 2000 30台.学生通过该实验系统可以进行运算器、存储器、控制器等各个部件的设计性实验,对学生所学的理论知识进行很好的实践.1 运算器和控制器的实验内容

运算器组成实验目标是要求学生加深理解运算器的基本组成、工作原理,熟悉简单运算器的数据传送通路；深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；掌握移位电路的工作原理和使用方法；掌握运算器中通用寄存器的工作原理和使用方法；掌握运算器中运算结果判断电路的工作原理和实现方法.实验内容主要是验证运算器的16位加、减、与、或、移位、进位、直通功能.按给定的数据,完成几种指定的算术和逻辑运算.其中大部分属于简单的验证式实验.还可以让学生自行探索实验步骤和任务.比如,学生验证完运算器的加运算之后,再让学生自行探索减法的实验步骤并完成相应任务.

控制器实验目标是要求学生加深理解计算机控制器中时序控制部件、指令部件、地址部件、操作控制部件的基本组成和工作原理；掌握微程序控制器的基本组成、微指令格式、设计方法、写入过程、执行过程；掌握硬布线控制器的组成原理和设计方法.实验内容主要是微程序控制器中微指令编制、写入、执行过程,通过观察指示灯的状态来理解指令的执行流程；硬布线控制器的指令执行过程属于有一定难度的验证式实验,通过教学机中已经设计好并正常运行的几条典型指令的功能、格式和执行流程,然后自己设计几条指令的功能、格式和执行流程,并在教学计算机上实现、调试正确.让学生根据设备本身的系统结构设计微程序、写入并运行.

当前,这些器件和整机的设计与实现基本上是在实验室特定的硬件平台上进行的,由于实验经费有限、硬件平台数量的限制,学生参与的实验多半是验证性的实验,导致学生对实验丧失兴趣,抄写实验报告的现象非常严重.因此,在进行课程实践过程中,传统的实验模式不能对学生因材施教,束缚了对学生创新能力的培养.

通过对国内外相关情况的调查、分析、研究,我们考虑可以利用复杂可编程逻辑设计器件(CPLD)设计软件作为电子设计自动化(EDA)实验平台,模拟真实的硬件平台,从而达到虚拟化计算机系统硬件实验的目的.Altera公司的MAX+Plusll及Quartusll平台是完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环境,主要用于设计新器件和中大规模CPLD/FPGA.它具有硬件描述语言、电路原理图、时序图等多种输入方式,利用其所提供的标准门电路、芯片等逻辑器件,完成数字电路从设计输入编辑、编译网表提取、数据库建立、逻辑综合、逻辑分割、适配、延时网表提取、编程文件汇编及下载的全过程.MAX+Plusll及Quartusll平台可以保证所设计系统的可靠性、高效性和灵活性,其强大的图形界面和完整的帮助文档,使学生能够轻松快速地掌握和使用该EDA平台,进行逻辑电路及相关系统的设计.

在教学中一边介绍EDA的知识,一边通过实践掌握基本组合电路和常用时序逻辑电路的设计方法,比如门电路、编译器和译码器、多路选择器、比较器、加法器、触发器、锁存器、寄存器和一位寄存器、计数器、分频器.通过先复习基本概念、逻辑表达式、逻辑电路图和真值表,再给出该电路的功能描述的VHDL源代码的方法,这些在数字系统中应用十分广泛的基本电路,通过实验不断地去研究它们的内在逻辑,掌握用VHDL描述硬件电路的思路和方法.从基本电路的实现到运算器、存储器甚至控制器等计算机功能模块的设计,最后完成基本模型机的设计要求.2 浮点运算器设计与实现

运算器作为计算机的加工处理部件,是论文范文处理器(CPU)的重要组成部分.典型的PC机一般都至少具有1个定点运算器.定点运算器主要是实现对定点整数和定点小数的算术运算、对逻辑数据的逻辑运算以及对主存的地址计算等.浮点数比定点数的取值范围宽,有效精度高,更适合于科学计算与工程计算.浮点运算可分为两类：非规格化和规格化浮点运算.非规格化浮点运算,不要求操作数是规格化数,对运算结果也不要求规格化处理.而规格化浮点运算只能对规格化的浮点数进行操作,并且要求对运算结果加以规格化处理.由于规格化浮点数具有唯一的表示形式,而且在计算机中尾数能获得最大的有效数字,所以在一般的计算机中选用规格化浮点运算.

在浮点运算中,阶码和尾数是分别进行运算的,并且都是定点数（阶码为定点整数,尾数为定点小数）.因此,可以说,浮点运算器是定点运算器的扩充和强化.一般浮点运算器都至少具有2个定点数逻辑运算单元,一个用于阶码的比较和运算,另一个用于尾数的运算.阶码运算器用来求阶差,修改阶码等操作,一般只进行加减运算.而尾数部件不但有加法器用以求和,还应有左移和右移线路,以实现对尾数的操作.

所设计的浮点运算器的组成框图如下图所示.

运算器实验报告:实验3-2-初识运算器

浮点运算器我们采用原理图方式来设计实现.首先根据实验系统资源,定义实验系统上开关、按钮以及发光二极管的作用.该实验系统上共有22个开关按钮,其中SO、Sl、S2、S3、MO、Ml共6个用于外扩展板,定义余下16个开关用于浮点运算器输入功能选择（即加、减、乘或除）以及阶码部分和尾数部分的输入,利用实验系统上16个发光二极管显示结果,包括结果的阶码部分、溢出报警部分和尾数部分.定义实验系统上的部分按钮作为复位,输入启动等功能.然后在MAX+Plusll原理图编辑环境中设计出如图1所示浮点运算器的具体原理电路,规定器件的输入／输出.

经过仿真和测试,确认相应的逻辑正确无误后,生成下载文件,经下载板下载到实验系统上,即可利用实验系统上的开关和发光二极管进行浮点运算器的输入和结果的观测.

EDA技术实际应用正越来越受到人们的重视.基于EDA技术的计算机组成原理实验系统可根据不同实验要求,规划不同实验控制逻辑,通过将实验逻辑下载到FPGA芯片中完成自己的实验功能,具有极强的灵活性.3结束语

我们整体的设想和追求的目标是：以全面提高教学质量为宗旨,以创新设计模式为指导,将硬件描述语言、先进的EDA开发工具和技术引入计算机硬件类课程的教学和实践过程中,逐步更新传统硬件实验教学中的陈旧内容、模式及其实验平台,创造一个从验证转向设计,从单一走向综合,从封闭走向开放的全新的实验教学环境.

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运算器实验报告引用文献: