武汉轻工大学
计算机组成原理实验报告（五）
姓名： 刘 文 斌 院系：数学与计算机 学院 班级：软件工程13 03班 学号： 13051100 50 老师：郭峰林
2015.11.22
实验五 加减器实验
【实验环境】
1. Windows 2000 或 Windows XP
2. QuartusII9.1 sp2、DE2-115计算机组成原理教学实验系统一台。
【实验目的】
本次实验要求掌握加法器、减法器的设计与实现。 【实验要求】
可以利用原理图设计并实现1位、8位和32位加法器，以及32位加减器。设计1位加法器，将加法器中加入减法功能，可以利用SUB（减）的控制信号；
【实验原理】
加减器是以二进制方式进行数字的加法或减法运算的器件，它能进行加法或减法运算，做减法运算时，是通过将减法运算转化为加法运算来实现的。它可以用全加器做成。（各种加减器的实验原理见后面具体描述）
【实验步骤】
5.1 1位加法器的原理图设计
5.1.1 实验原理 两个二进制数字A，B和一个进位输入C0相加，产生一个和输出S，以及一个进位输出C1，这种运算电路成为全加器（1位加法器）。1位加法器有两个输出S和C1，其中S为加法器的和，C1为进位位输出。下表中列出一位全加器进行加法运算的输入输出真值表：
表5-1 加法器的真值表
根据以上真值表，可以得到1位加法器的输入与输出逻辑关系。
S?(A?B)?C0 ；
C1?(A?B)?((A?B)?C0)?(A?B)?(B?C)?(A?C)
5.1.2 新建1位加法器的原理图文件
根据上面的逻辑关系式可以建立如下图的1位加法器的原理图：存盘文件名假定为add_1
图5.1.1 1位加法器的原理图
5.1.3 文件编译 5.1.4 功能仿真
仿真结果及结果分析：
图5.1.2 1位加法器的仿真波形图
在5-10ns时，A=1，B=0，C0=0，则C1=0，S=1; 在15-20ns时，A=1，B=1，C0=0，则C1=1，S=0; 在30-35ns时，A=0，B=1，C0=1，则C1=1，S=0; 在35-40ns时，A=1，B=1，C0=1，则C1=1，S=1; 5.1.5 生成原理图元器件
切换到原理图窗口，点击【File】-->【Create/Update】-->【Create Symbol Files for Current File】，完成元件封装，假定保存的文件名为add_1。这样就生成了1位全加器的元器件，为后续步骤提供基础。 1位加法器的封装图为：
图5.1.3 1位加法器封装图
5.2 8位加法器的原理图设计
在5.1生成的1位全加器基础上，实现8位全加器。 5.2.1 实验原理
8位加法器用于对两个8位二进制数进行加法运算，并产生进位。8位加法器真值表如下所示：
表5-2 8位加法器真值表
输 入 输 出
A[7..0] A B[7..0] B CIN 进位输入 S[7..0] A+B+CIN COUT 进位输出
表中A[7..0]表示A有8位输入端：A7-A0；B[7..0]表示B有8位输入端：B7-B0；S[7..0]表示S有8位输入端：S7-S0。8位加法器的A、B都有8个输入端，加上进位CIN，共有17个输入端。它有9个输出端，即S7-S0和COUT，因此8位加法器可由8个1位加法器构成。 5.2.2 建立8位加法器原理图文件
注意：建立新的8位全加器工程文件，在输入原理图之前，请将5.1中的1位全加器的原理图文件（add_1.bdf）和全加器元器件库文件（add_1.bsf）复制到当前的工程文件夹下，以便于使用自定义的加法器元器件。在原理图中使用红色框按钮选择add_1原件。
根据图中提示，完成8位加法器原理图的设计。
图5.2.1 8位加法器原理图
5.2.3 文件编译 5.2.4 功能仿真
仿真结果及结果分析：
图5.2.2（a） 8位加法器的仿真波形图
在10-20ns时，A=01，B=4B，C0=0，则C1=0，S=4C; 在60-70ns时，A=06，B=50，C0=1，则C1=0，S=57; 在110-120ns时，A=0B，B=55，C0=0，则C1=0，S=60;
图5.2.2（b） 8位加法器的仿真波形图
在880-890ns时，A=58，B=A2，C0=1，则C1=0，S=FB; 在920-930ns时，A=5C，B=A6，C0=0，则C1=1，S=02; 在960-970ns时，A=60，B=AA，C0=1，则C1=1，S=0B; 5.2.5 生成原理图元器件
点击【File】-->【Create/Update】-->【Create Symbol Files for Current File】，完成元件封装。
图5.2.3 8位加法器封装图
注：改变原理图中，输入/输出引脚的位置，就可以改变封装图中各个引脚的位置。另外点击
、
、
时，也可以改变封装图中，各引脚的位置。
5.3 32位加法器的原理图设计
5.3.1 实验原理
32位加法器用于对两个32位二进制数进行加法运算，并产生进位。 5.3.2 建立32位加法器原理图文件
根据级联描述创建32位加法器的原理图。
根据图中提示，完成32位加法器原理图的设计。
图5.3.1 32位加法器原理图