计算机组成原理课程设计实验报告1.doc

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：网络工程 班级： 学号：姓名： 评分： 2012年5月30日实验一 验证74ls181运算和逻辑功能一、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。二、实验原理：1.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s3 s2 s1 s0逻辑运算cn=1(无进位)cn=0(有进位) 0 0 0 0f=/af=af=a加1 0 0 0 1f=/(a+b)f=a+bf=(a+b)加1 0 0 1 0f=(/a)bf=a+/bf=(a+/b)加1 0 0 1 1f=0f=负1（补码形式）f=0 0 1 0 0f=/(ab)f=a加a(/b)f=a加a/b加1 0 1 0 1f=/bf=(a+b)加a/bf=(a+b)加a/b加1 0 1 1 0f=abf=a减b减1f=a减b 0 1 1 1f=a/bf=a(/b)减1f=a(/b） 1 0 0 0f=/a+bf=a加abf=a加ab加1 1 0 0 1f=/(ab)f=a加bf=a加a加1 1 0 1 0f=bf=(a+/b)加abf=(a+/b)加ab加1 1 0 1 1f=abf=ab减1f=ab 1 1 0 0f=1f=a加af=a加a加1 1 1 0 1f=a+/bf=(a+b)加af=(a+b)加a加1 1 1 1 0f=a+bf=(a+/b)加af=(a+/b)加a加1 1 1 1 1f=af=a减1f=a(上表中的“/”表示求反)2、具体示例功能解析（1）a、s、d、f键分别控制u1单元的输入，通过选择高低电平，输入四位二进制数，在u1单元显示为一位十六进制数，例如：a为高电平，s为低电平，d为高电平，f为低电平，则u1将显示为5；同理，g、h、j、k键分别控制u2单元的输入；（2）z、x、c、v键分别作为74ls181n的s0、s1、s2、s3运算选择控制端的开关，实现决定电路执行哪一种运算；（3）cn引脚是最低位进位输入控制引脚，cn=0，表示有进位，cn=1，表示无进位；m引脚为状态控制端，表示逻辑运算，表示算术运算；（4）f3、f2、f1、f0均为数据输出引脚，f3为最高位。74ls181电路示意图3、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s3 s2 s1 s0运算选择控制s3 s2 s1 s0 决定电路执行哪一种算术a3 a2 a1 a0运算数1，引脚3为最高位b3 b2 b1 b0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f3 f2 f1 f0f3 f2 f1 f0 运算结果，f3为最高位三、实验内容：如上图所示，m=0，进行算术运算，cn=1，表示无进位，、分别为，因此对应的运算为：加，由此可见实验结果正确。如上图所示，m=，进行逻辑运算，、分别为，因此对应的运算为：，由此易知实验结果正确。如上图所示，m=0，进行算术运算，cn=，表示有进位，、分别为，对应的运算为：加加，由此易知实验结果正确。综上验证74ls181型4位alu的逻辑算术功能，列出结果如下表：s3 s2 s1 s0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)0 0 0 0ah5hf=af=bf=50 0 0 1ah5hf=ff=0f=00 0 1 0ah5hf=af=bf=50 0 1 1ah5hf=ff=0f=00 1 0 0fh1hf=df=ef=e0 1 0 1fh1hf=df=ef=e0 1 1 0fh1hf=df=ef=e0 1 1 1fh1hf=df=ef=e1 0 0 0fhfhf=ef=ff=f1 0 0 1fhfhf=ef=ff=f1 0 1 0fhfhf=ef=ff=f1 0 1 1fhfhf=ef=ff=f1 1 0 05h5hf=af=bf=f1 1 0 15h5hf=af=bf=f1 1 1 05h5hf=4f=5f=51 1 1 15h5hf=4f=5f=5四、总结及心得体会：通过本实验，我初步熟悉并掌握了如何使用multisim软件，刚开始使用这个软件时，感觉不知从何下手，通过查询资料、和同学交流渐渐学会了基本操作。创建电路时不仅要细心，更要有耐心，按照实验要求画出逻辑电路图，使接线美观整齐。对算术逻辑单元（alu）的工作原理有了更深刻的认识，掌握了有关数字元件的功能和使用方法，总之本次实验使我的实践能力增强，将理论和实验结合，使我对相关知识有了更全面的理解。实验二 运算器(2)一、实验目的：、熟练掌握算术逻辑单元（alu）的应用方法；、进一步熟悉简单运算器的数据传送原理；、画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；、熟练掌握有关数字元件的功能和使用方法；、熟练掌握子电路的创建及使用。二、实验原理：本实验仿真单总线结构的运算器，原理如图5，相应电路如图6。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层次块为三态门电路；将部件与总线连接或断开，切记总线上只能有一个输入；两个74273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。通 用寄存器abalu图5：单总线结构的运算器示意图三、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。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，芯片导通，能正常工作。g为高电平时，芯片不能读取数据。 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作为暂存工作寄存器，在电路中临时寄存数据，clk为控制信号，连接芯片的使能端，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为使能控制信号，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：(1) k8确定任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；(2) q =0（低电平），数据送总线；(3) u（正跳变）且y=0.该数存入gr16.k8产生任意数据存入通用寄存器gr2。答：(1) k8确定任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；(2) q=0（低电平），数据送总线(3) p且o=0。该数送gr2。7.完成gr1+ gr2gr1。答：(1)q=1（屏蔽掉k8）、i=0、w=0、e，gr1dr1；(2)space=0、r=0、t，gr2dr2；(3)加法：s3s0=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- gr2gr1。答：前2步同上；s3s0=0110b（对应xcvb四键）、cin=1（对应n键）、m=0（对应m键），z=0，p。9.完成gr1gr2gr1。答：前2步同上；s3s0=1011b（对应xcvb四键）m=1（对应m键），z=0，u。10.完成gr1gr2gr1。答：前2步同前；s3s0=1110b（对应xcvb四键）、m=1（对应m键），z=0，p。11.完成gr1gr2gr1。答：(1)i=0、w=0、e，gr1dr1；(2)s3s0=0000b（对应xcvb四键）、m=1（对应m键），z=0，p。12.gr1gr2。（“”表示逻辑非运算）答：(1)i=0、w=0、e，gr1dr1；(2)s3s0=0000b（对应xcvb四键）、m=1（对应m键），z=0，u。13.gr2gr1。答：(1)space=0、r=0、t，gr2dr2；(2)s3s0=0101b（对应xcvb四键）、m=1（对应m键），z=0，u。图6：运算器示意图实验中的一些截图 （1） k8产生2存入通用寄存器gr1（2）k8产生4存入通用寄存器gr2四、总结及心得体会：刚开始我以为实验二跟实验一