组成原理实验报告(运算器、通用寄存器、移位寄存器).doc

姓名 学号 1005170419 班级 计本1004班 年级 10级 指导教师 魏晋雁 西安财经学院信息学院 计算机组成原理 实验报告实验名称 运算器实验、通用寄存器实验、移位寄存器实验 实验室 实验楼418 实验日期 2011/11/29、2011/12/2、2011/12/6 实验一 运算器实验1、 实验目的1.掌握简单运算器的数据传输方式。2.验证运算功能发生器（74LS181）及进位控制的组合功能。二、实验要求完成不带进位和带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑单元的运用。三、实验原理实验中所用的运算器数据通路如下图所示，其中运算器由两片74LS181以并/串 形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门（73LS245）以8芯扁平线方式和数据总线相连，运算器的2个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入亦以8芯扁平线方式和数据总线相连，数据显示灯（BUS UNIT）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。图1-1-1 运算器原理图图中T2、T4为时序电路产生的节拍脉冲信号，通过连接时序启停单元时钟信号“”来获得，剩余均为电平控制信号。进行实验时，首先按动位于本实验装置右中侧的复位按钮使系统进入初始待令状态，在LED显示器闪动位出现“P”状态下，按动【增址】命令键使LED显示器自左向右第4位切换到提示符“L”，表示本装置已进入手动单元实验状态，在该状下按动【单步】命令键，即可获得实验所需的单脉冲信号，而LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B、S3、S2、S1、S0、CN、M各电平控制信号用位于LED显示器上方的26进位二进制开关来模拟，均为高电平有效。四、实验连线 图1-1-2 实验连线示意图按上图所示，连接实验电路：总线接口连接：用8芯片平线连接图中所有标明 “”或“”图案的总线接口。按制线与时钟信号“”连接：用双头实验导线连接图中所有标明“”或“”图案的插孔。五、实验内容及结果分析实验内容：（一）算术运算实验写操作（置数操作）拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下：注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲 读操作（运算寄存器内容送总线）首先关闭数据输入三态控制端(SW-B=0)，存储器控制端CE保持为0，令LDDR1=0、LDDR2=0，然后打开ALU输出三态门(CBA=010)，置M、S0、S1、S2、S3为11111，再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容，若把M、S0、S1、S2、S3置为10101，再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容。 算术运算（不带进位加）置CBA=010，CN、M、S0、S1、S2、S3状态为101001，按【单步】键，此时数据总线单元应显示00001100（0CH）。（2） 进位控制实验进位控制运算器的实验原理如实验四图2-4-1所示，其中181的进位位进入74LS74锁存器D端，该端的状态锁存受AR和T4信号控制，其中AR为进位位允许信号，高电平有效；T4为时序脉冲信号，当AR=1时在T4节拍将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中，实现带进位控制实验。(1) 进位位清零操作在“L”状态下，按动【复位】按钮，进位标志灯CY“灭”，实现对进位位的清零操作。（当进位标志灯“亮”时，表示CY=1）。(2) 用二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数首先关闭ALU输出三态门(CBA=000)、CE=0，开启输入三态门 (SW-B=1)，设置数据开关，向DR1存入01010101(55H)，向DR2存入10101010(AAH)。操作步骤如下： 注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲验证带进位运算的进位锁存功能关闭数据输入三态门(SW-B=0)、CE=0，使CBA=010，AR=1，置CN、M、 S0、S1、S2、S3的状态为101001，按【单步】键，此时数据总线单元显示的数据为DR1加DR2，若进位标志灯CY“亮”，表示有进位；反之无进位。（三）逻辑运算实验 写操作（置数操作）拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下： 注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲 读操作（运算寄存器内容送总线）首先关闭数据输入三态控制端(SW-B=0)，存储器控制端CE保持为0，令LDDR1=0、LDDR2=0，然后打开ALU输出三态门(CBA=010)，置M、S0、 S1、S2、S3为11111，再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容，若把M、 S0、 S1、S2、S3置为10101，再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容。(1)逻辑或非运算逻辑或非运算的方法是置CBA=010，M、S0、S1、S2、S3状态为11000，按【单步】键，此时数据总线单元应显示00011000（18H）。 结果分析：1.算数运算试验中，进行写操作后，DR1、DR2分别显示数字65和A7。读操作时，CBA是选择部件编码，当置于010时代表选择运算器，并将其数据送往总线。之后的操作分别将DR1与DR2的内容送到总线上。算数运算时，当CN、M、S0、S1、S2、S3分别置于101001时进行算数的A加B运算，并将结果显示到和数据总线上，内容是00001100（0C）。2.进位控制实验中，在“L”状态下按动【复位】按钮，进位标志灯CY灭。同样的方法对DR1和DR2置数，分别是01010101（55H）与10101010（AAH）。相加后，数据总线显示11111111（FFH），CY灯不亮，无进位。AR经过一个或门后与T4与，所以当AR=1时才能带进位。3.逻辑运算实验中，给DR1与DR2分别置数01100101、10100111。或非运算时，01100101+10100111=11100111,11100111的非为00011000（18H）。六、实验思考 验证的算术逻辑运算。 在给定DR1=65、DR2=A7的情况下，改变运算器的功能设置，按【单步】键，观察运算器的输出，填入表格中，并和理论分析进行比较、验证。DR1DR2S3 S2 S1 S0M=0（算术运算）M=1（逻辑运算）CN=1无进位CN=0有进位65A70000F=（65）F=（66）F=（9A）65A70001F=（E7）F=（E8）F=（18）65A70010F=（7D）F=（7E）F=（82）0011F=（FF）F=（00）F=（00）0100F=（A5）F=（A6）F=（dA）0101F=（27）F=（28）F=（58）0110F=（bd）F=（bE）F=（C2）0111F=（3F）F=(40）F=（40）1000F=（8A）F=（8D）F=（BF）1001F=（OC）F=（Od）F=（3b）1010F=（A2）F=（A3）F=（A7）1011F=（24）F=（25）F=（25）1100F=（CA）F=（cb）F=（FF）1101F=（4C）F=（4d）F=（7d）1110F=（E2）F=（E3）F=（E7）1111F=（64）F=（65）F=（65）附：逻辑方式M=1（逻辑运算）M=0（算术运算）S3 S2 S1 S0CN=1（无进位）CN=0（有进位）0000F=/AF=AF=A加10001F=/（AB）F=A+BF=（A+B）加10010F=/ABF=A/BF=（A+/B）加10011F=0F=减1(2的补)F=00100F=/(AB)F=A加A/BF=A加A/B加10101F=/BF=（AB）加A/BF=（A+B）加A/B加10110F=/（AB）F=A减B减1F=A减B0111F= A/BF= A/B减1F= A/B1000F=/ABF=A加ABF=A加AB加11001F=ABF=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注：表中“”表示逻辑或，“”表示逻辑异或，“”表示逻辑非，“AB”表示逻辑与。加法运算时，CY=1表示运算结果有进位, CY=0表示运算结果无进位。七、实验总结实验一主要验证ALU的算数与逻辑功能，通过本次实验基本掌握了组成原理实验的一般步骤与主要细节，了解了ALU的使用方法，74LS181的组成原理，还有三态门的作用，以及数据总线与一般部件的传输方式。实验二 通用寄存器实验一、实验目的1.熟悉通用寄存器概念。2.熟悉通用寄存器的组成和硬件电路。二、实验要求完成3个通用寄存器的数据写入和读出。 三、实验原理试验中所用的通用寄存器数据通路如图1-2-1所示。由三片8位字长74LS374组成R0、R1、R2寄存器组成。三个寄存器的输入接口用一8芯扁平线连至总线接口，而三个寄存器的输出接口用一8芯扁平线连至BUS总线接口。图R0-B、R1-B、R2-B经CBA二进制控制开关译码产生数据输出选通信号，LDR0、LDR1、 LDR2为数据写入允许信号，由二进制控制开关模拟，均为高电平有效；T4信号为寄存器数据写入脉冲，上升沿有效。在手动实验状态（即“L”状态）每按动一次【单步】命令键，产生一次T4信号。图1-2-1 通用寄存器单元电路 表1-2-1通用寄存器单元选通真值表CBA选择100R0-B101R1-B110R2-B4、 实验连线 图1-2-2 实验连线示意图按图1-2-2所示，连接实验电路：总线接口连接：用8芯片平线连接图1-2-2中所有标明 “”或“”图案的总线接口。按制线与时钟信号“”连接：用双头实验导线连接图1-2-2中所有标明“”或“”图案的插孔。（注:Dais-CMH的时钟信号一座内部连接）。五、实验内容及结果分析实验内容： （一）通用寄存器的写入拨动二进制开关向R0和R1寄存器置数，具体操作如下： 注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲（二）通用寄存器的读出关闭数据输入三态门（SW-B），寄存器控制端CE=0，令LDR0=0、LDR1=0、LDR2=0，分别打开通用寄存器R0、R1、R2输出控制位，置CBA=100时，按【单步】键，数据总线单元显示r0中的数据01H；置CBA=101时，按【单步】键。数据总线单元显示R1中的数据80H；置CBA=110时，按【单步】键，数据总线单元显示R2中的数据（随机）。结果分析：执行写操作后，R0与R1分别显示00000001和10000000，读操作则分别把R0、R1的内容送到数据总线上，R2显示FF（随机数）。CBA=100时，选择将R0中的内容送往总线，CBA=101时选择R1，CBA=110时选择R2。6、 实验总结通过本次实验，使我对CBA（部件选择编码有了更深刻的记忆），同时加深了对74LS374寄存器组成的认识。学会了如何进行写入读出操作。实验三 移位寄存器实验一、实验目的1.了解位移寄存器的硬件电路，验证位移控制与寄存的组合功能。2.利用寄存器进行数据传输。二、实验要求实现寄存器位移操作，了解通用寄存器的运用。三、实验原理图1-3-1 带进位移位寄存器电原理图 上图所示，使用了一片74LS299作为移位发生器，其中8位输入/输出端以8芯扁平线连接形式和总线接口连接。299-B信号其使能端（0有效），T4为时序节拍脉冲，实验时按【单步】命令键产生。由S0、S1、M控制信号设置其运行状态，器控制特性列表如下：299-BS1S0M功能000任意保持0100循环右移0101带进位循环右移0010循环左移0011带进位循环左移任意11任意装数表1-3-1说明：令CBA=011时表中299-B=0。四、实验连线 图1-3-2 实验连线示意图按图1-3-2所示，连接实验电路：总线接口连接：用8芯片平线连接图1-3-2中所有标明 “”或“”图案的总线接口。按制线与时钟信号“”连接：用双头实验导线连接图1-3-2中所有标明“”或“”图案的插孔。（注:Dais-CMH的时钟信号一座内部连接）。五、实验内容及结果分析实验内容：（一）移位寄存器置数首先置CBA=000，然后按下面所列流程图操作：数据开关（00000011）三态门 置数（00000011）三态门注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲 CBA=000 S0 = 1 CBA=011 CE=0 S1 = 1 CE=0 SW-B=1 按单步键 SW-B=0（二）寄存器移位首先置CBA=011（299-B=0）、SW-B、CE=0，然后参照表1-3-1改变S0、s1、M的状态，按动【单步】命令键观察移位结果。（三）移位结果的寄存把移位寄存器移位后的内容寄存到通用寄存器（以R0为例），首先按图1-3-2所示连接实验电路。在移位操作后保持CBA=011（即299-B=0）、置S0=0、S1=0，令LDR0=1，再按【单步】命令键即