计算机组成原理实验报告

计算机组成原理课程设计实验报告学院：计算机科学与工程学院 专业：计算机科学与技术班级：计算机3班学号：1105010314姓名：聂帅评分：2013年06月实验一实验名称：验证74LS181运算和逻辑功能实验目的：（1）掌握算数逻辑单元（ALU）的工作原理；（2）熟悉简单运算器的数据传送通路；（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+BF=（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(“/”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S3S3S1S1运算选择控制S3S3S1S1决定电路执行哪一种算术A3A2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F3F2FF3F2F实验内容：电路如图所示验证74LS181型4位ALU的逻辑算数功能，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：通过实验一，让我对并不陌生的Mulitisim有了更好的了解，让我基本掌握了算数逻辑单元（ALU）的工作原理，熟悉了简单运算器的数据传送通路。并通过实验电路验证了4位运算功能发生器（74LS181）组合功能。实验二实验名称：运算器实验目的：（1）熟悉掌握算术逻辑单元（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整齐的接线图；（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。相应的电路如图所示.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位的ALU层次块。通用寄存器ABALU单总线结构的运算器示意图实验内容：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。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；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；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；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。1.K8确定任意数；2.Q=0，数据送总线；3.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。1.K8确定任意数；2.Q=0，数据送总线；3.P正跳变，且O=0.该数存入GR2。（7）完成GR1+GR2→GR1。1.Q=1（屏蔽K8）、I=0、W=0、E正跳变，GR1→DR1；2.Space=0、R=0、T正跳变，GR2→DR2；3.加法：S3~S0=1001（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正跳变，结果存入GR1.（8）完成GR1-GR2→GR1。1.Q=1、I=0、W=0、E正跳变，GR1→DR1；2.Space=0、R=0、T正跳变，GR2→DR2；3.S3~S0=0110、Cin=1、M=0，Z=0，P正跳变。（9）完成GR1∧GR2→GR1。1.Q=1、I=0、W=0、E正跳变，GR1→DR1；2.Space=0、R=0、T正跳变，GR2→DR2；3.S3~S0=1011、M=1，Z=0，U正跳变。（10）完成GR1∨GR2→GR1。1.Q=1、I=0、W=0、E正跳变，GR1→DR1；2.Space=0、R=0、T正跳变，GR2→DR2；3.S3~S0=1110、M=1，Z=0，P正跳变。（11）完成GR1⊕GR2→GR1。1.I=0、W=0、E正跳变，GR1→DR1；2.S3~S0=0000、M=1，Z=0，P正跳变。（12）~GR1→GR2。（“~”表示逻辑非运算）1.I=0、W=0、E正跳变，GR1→DR1；2.S3~S0=0000、M=1，Z=0，U正跳变。（13）~GR2→GR1。1.Space=0、R=0、T正跳变，GR2→DR2；2.S3~S0=0101、M=1，Z=0，U正跳变。8位ALU层次块示意图：74LS244N层次块示意图：74LS273N层次块示意图：74LS374N层次块示意图：K8层次块示意图：运算器示意图：总结及心得体会：通过实验二，让我对Mulitisim有了更好的操作体验，更加了解它的功能。我基本熟悉掌握了算术逻辑单元（ALU）的应用方法并在实验一的基