计算机组成原理课程设计实验报告

计算机组成原理实验报告学院：专业：班级：学号：姓名：评分：2013年**月**日实验一实验名称：验证74LS181运算和逻辑功能实验目的：(1)掌握算术逻辑单元(ALU)的工作原理；(2)熟悉简单运算的数据传送通路；(3)画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；(4)验证4位运算功能发生器(74LS181)组合功能。实验原理：ALU能进行多种算术运算和逻辑运算。4位ALU-74LS181能进行16种算术运算和逻辑运算。功能表如下：方式M=1逻辑运算M=0算术运算S3S2S1S0逻辑运算CN=1(无进位)CN=0(有进位)0000F=/AF=/AF=A加10001F=/(A+B)F=(A+B)F=(A+B)加10010F=(/A)BF=A+/BF=(A+/B)加10011F=0F=负1(补码形式)F=00100F=/(AB)F=A加A(/B)F=A加A/B加10101F=/BF=(A+B)加A/BF=(A+B)加A/B加10110F=A⊕BF=A减B减1F=A减B0111F=A/BF=A(/B)减1F=A(/B)1000F=/A+BF=A加ABF=A加AB加11001F=/(A⊕B)F=A加BF=A加B加11010F=BF=(A+/B)加ABF=(A+/B)加AB加11011F=ABF=AB减1F=AB1100F=1F=A加AF=A加A加11101F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加11110F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11111F=AF=A减1F=A(上表中的“/”表示求反)ALU-74LS181引脚说明：M=1逻辑运算，M=0算术运算引脚说明M状态控制端M=1逻辑运算；M=0算术运算。S3S2S1S0运算选择控制S3S2S1S0决定电路执行哪一种算术A3A2A1A0运算数1，引脚3为最高位B3B2B1B0运算数2，引脚3为最高位Cn最低位进位输入Cn=0有进位；Cn=1无进位；Cn+4本片产生的进位信号Cn+4=0有进位；Cn+4=1无进位；F3F2F1F0F3F2F1F0运算结果，F3为最高位实验内容：电路图如下（放大可查看详细结构）：验证74LS181型4位ALU的逻辑算术功能，填写下表：S3S2S1S0数据1数据2算术运算(M=0)逻辑运算(M=1)CN=1(无进位)CN=0(有进位)0000AH5HF=AF=BF=50001AH5HF=FF=0F=00010AH5HF=AF=BF=50011AH5HF=FF=0F=00100FH1HF=DF=EF=E0101FH1HF=DF=EF=E0110FH1HF=DF=EF=E0111FH1HF=DF=EF=E1000FHFHF=EF=FF=F1001FHFHF=EF=FF=F1010FHFHF=EF=FF=F1011FHFHF=EF=FF=F11005H5HF=AF=BF=F11015H5HF=AF=BF=F11105H5HF=4F=5F=511115H5HF=4F=5F=5总结及心得体会：在该实验中，首先入手熟悉Multisim的常用操作。比如，怎么添加元件，连线等，总的来说，操作起来还是比较简单的。然后开始试着绘制实验一的电路图，一个简单的图，花费了很长时间，才搞清楚原理。找元件，连线，都很费劲，尤其是找元件，有些元件有很多相似的元件，但功能不一样，一时疏忽，弄错了，直接导致连接后无法使用。在试验中，常常遇到的问题就是明明导线已经连接好了，但是电路就是无法导通，后来把图放大后仔细检查时，发现原来是在连接导线时有些地方的导线和其他的导线交叉了，这样的对于新手来说很常见，而且一般很难发现。通过实验，基本了解了ALU的工作原理，算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）能跟据S3S2S1S0M端口控制来对输入的数据完成各种不同的运算。外接存储器实现了数据的缓冲与存储的功能。所以，经过几天的实践，收获挺大的，熟悉了简单运算器的数据传送通路，掌握了算术逻辑单元的工作原理。使我对知识有了更深的了解，积累了实践操作的宝贵经验。同时，了解到，计算机硬件方面也很有趣，因此硬件知识也很重要，以后慢慢学习提高。

实验二实验名称：运算器（2）实验目的：(1).熟练掌握算术逻辑单元(ALU)的应用方法;(2).进一步熟悉简单运算器的数据传送原理;

(3).画出逻辑电路图及布出美观的接线图;

(4).熟练掌握有关数字元件的功能和使用方法;

(5).熟练掌握子电路的创建及使用。实验原理：本实验仿真单总线结构的运算器，原理如图2-2所示。通用通用寄存器AALUB图2-2单总线结构的运算器示意图电路图中,上右下三方的8条线模拟8位数据总线;K8产生所需数据;74244层次块作为暂存工作寄存器DR1和DR2;两个74374层次块作为通用寄存器组(鉴于电路排列情况,只画出两个通用寄存器GR1和GR2,如果可能的话可设计4个或8个通用寄存器);众多的开关作为控制电平或打入脉冲;众多的8段代码管显示相应位置的数据信息;核心为8位ALU层次块。实验内容：在Multisim画出电路图并仿真，完成如下操作。(1)说明整个电路工作原理。(2)说明74LS244N的功能及其在电路中的作用，及输入信号G有何作用。(3)说明74LS273N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK有何作用。(4)说明74LS374N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK和OC有何作用。(5)K8产生任意数据存入通用寄存器GR1。(6)K8产生任意数据存入通用寄存器GR2。

(7)完成GR1+GR2→GR1。(8)完成GR1-GR2→GR1。(9)完成GR1∧GR2→GR1。(10)完成GR1∨GR2→GR1。(11)完成GR1⊕GR2→GR1。(12)~GR1→GR2。(“~”表示逻辑非运算)。(13)~GR2→GR1。运算器实验电路图如下（放大可查看详细结构）：(1).说明整个电路工作原理。答:K8产生所需数据，打开74LS244层次块三态门电路,将产生数据输入总线，将数据存入74LS374层次块作为的通用寄存器组GR1和GR2；通过其他74LS244的开关，将通用寄存器里的数据放到74LS273层次块作为的暂存工作寄存器DR1和DR2中；将DR1和DR2中的数据通过核心8位ALU层次块运算，将结果又保存到GR1或者GR2中。众多的开关作为控制电平或打入脉冲；众多的8段代码管显示相应位置的数据信息；(2).说明74LS244N的功能及其在电路中的作用，及输入信号G有何作用；答：74LS244层次块为三态门电路，在电路中将部件与总线连接或断开，起开关作用，当G为低电平时，部件连接，G为高电平时，部件断开。(3).说明74LS273N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK有何作用；答：74LS273作为临时工作寄存器，在电路中临时寄存数据，CLK上跳沿触发工作。(4).说明74LS374N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK和OC有何作用；答：74LS374层次块作为通用寄存器组，在电路中寄存数据，另具有三态门的作用。CLK上跳沿触发工作，OC为低电平时，部件连接，OC为高电平时，部件断开。(5).K8产生任意数据存入通用寄存器GR1。答：a.K8确定任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；b.Q=0（低电平），数据送总线；c.U↑（正跳变）且Y=0.该数存入GR1(6).K8产生任意数据存入通用寄存器GR2。答：a.K8确定任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；b.Q=0（低电平），数据送总线；c.P↑且O=0。该数送GR2。(7).完成GR1+GR2→GR1。答：a.Q=1（屏蔽掉K8）、I=0、W=0、E↑，GR1→DR1；b.Space=0、R=0、T↑，GR2→DR2；c.加法：S3~S0=1001B（对应BVCX四键）、CIN=1（对应N键）、M=0（对应M键），此时结果在ALU的输出端，令Z=0，结果送总线，U↑结果存入GR1.(8).完成GR1-GR2→GR1。答：前2步同上；S3~S0=0110B（对应XCVB四键）、Cin=1（对应N键）、M=0（对应M键），Z=0，P↑。(9).完成GR1∧GR2→GR1。答：前2步同上；S3~S0=1011B（对应XCVB四键）M=1（对应M键），Z=0，U↑。(10).完成GR1∨GR2→GR1。答：前2步同前；S3~S0=1110B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，P↑。(11).完成GR1⊕GR2→GR1。答：a.I=0、W=0、E↑，GR1→DR1；b.S3~S0=0000B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，P↑。(12).~GR1→GR2。（“~”表示逻辑非运算）答：a.I=0、W=0、E↑，GR1→DR1；b.S3~S0=0000B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，U↑。(13).~GR2→GR1。答：a.Space=0、R=0、T↑，GR2→DR2；b.S3~S0=0101B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，U↑。总结及心得体会：通过本实验，我懂得了该运算器的原理。懂得了如何将数据存入通用寄存器。如何又将通用寄存器中的数据通过总线传入暂存寄存器。又如何将其输入运算器进行运算。运算器工作原理：K8产生所需数据，打开74LS244层次块三态门电路,将产生数据输入总线，将数据存入74LS374层次块作为的通用寄存器组GR1和GR2；通过其他74LS244的开关，将通用寄存器里的数据放到74LS273层次块作为的暂存工作寄存器DR1和DR2中；将DR1和DR2中的数据通过核心8位ALU层次块运算，将结果又保存到GR1或者GR2中。众多的开关作为控制电平或打入脉冲；众多的8段代码管显示相应位置的数据信息；在这个实验中，明确指出，总线上只能有一个输入端口。而控制总线输入数量的三态门中，有K8层次块旁的一个，有8位运算器旁的一个，有通用寄存器旁的两个。总共四个。在进行总线操作时，只允许其中一个三态门置于导通状态。这样就保证了总线的要求。否则将出现一些问题，比如总线输出的不是K8中设置的值。这可能是这些数据参加了某种运算后的结果。该实验同样遇到很多