计算机组成与原理实验报告一.doc

甘肃政法学院本科生实验报告（一）姓名: 学院: 专业: 班级: 实验课程名称: 计算机组成原理实验日期: 2012年10月22日指导教师及职称: 武光利实验成绩:开课时间：20122013学年第一学期甘肃政法学院实验管理中心印制实验题目运算器实验小组合作 否姓名班级学 号一、实验目的一、掌握简单运算器的组成以及数据传送通路；二、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能；三、验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能；四、按指定数据完成几种指定的算术运算；五、验证移位控制的组合功能；二实验环境CCT-IV计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三、实验内容与步骤算术逻辑运算： 实验原理：实验中所用的运算器数据通路如图1-1所示。其中两片74LSl81以串行方式构成8位字长的ALU，ALU的输出经过一个三态门(74LS245)和数据总线相连。三态门由ALU-R控制，控制运算器运算的结果能否送往总线，低电平有效。为实现双操作数的运算，ALU的两个数据输入端分别由二个锁存器DR1、DR2（由74LS273实现)锁存数据。要将数据总线上的数据锁存到DRl、DR2中，锁存器的控制端LDDR1和DDR2必须为高电平，同时由T4脉冲到来。 数据开关(“INPUT DEVICE)用来给出参与运算的数据，经过三态(74LS245）后送入数据总线，三态门由SWB控制，低电平有效。数据显示灯(“BUS UNIT)已和数据总线相连，用来显示数据总线上的内容。 图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4为脉冲信号外，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“WR UNIT”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“WR UNIT的T4接至“STATE UNIT”的微动开关KK2的输入端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。ALU运算所需的电平控制信号S3、S2、S1、S0 、Cn、M、LDDRl、LDDR2、ALU-B、SW-B均由“ SWITCH UNIT ”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALUB、SW一B为低电平有效LDDR1、LDDR2为高电平有效。对单总线数据通路，需要分时共享总线，每一时刻只能由一组数据送往总线。实验步骤：1、输入数据通过三态门74LS245后经过数据总线在数据显示灯和数码显示管LED上直接显示：（1） 按图连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。（2） 用二进制数码开关输入数据65H，观察总线数据显示灯和LED灯的变化。设置：SW-B=1；从输入开关输入：01100101；打开三态门SW-B=0；数据在数码管上显示：LED-B=0，发W/R脉冲。（3） 观察实验结果。2.向DRl(或DR2)中置数，经ALU直传后，经过三态245送入数据总线，在数据显示灯和数码显示管LED上显示。（1）重新连接电路，仔细检查无误之后，接通电源。（2）向DR1和DR2寄存器中置入数据65H和A7H。（3）检验输入DR1和DR2寄存器中的数据是否正确。3、将输入DR1和DR2中的两个数进行算术逻辑运算，验证ALU的功能，结果在数据显示灯和数码显示管LED上显示。实验结果：1、 在实验步骤1第（3）步观察到的结果是亮、暗、暗、亮、亮、暗、亮、暗，即运算器最后存储的数据是01100101，即LED显示为65；2、 在实验步骤2第（3）步观察到的结果是亮、暗、暗、亮、亮、暗、亮、暗，即运算器最后存储的数据是01100101，即LED显示为65；3、 在实验步骤2第（3）步观察到的结果是暗、亮、暗、亮、亮、暗、暗、暗，即运算器最后存储的数据是10100111，即LED显示为A7；4、步骤3中的运算结果如下：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656565A7A7A70 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 101 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1F=(65)F=(E7)F=(7D)F=(FF)F=(A5)F=(27)F=(BD)F=(3F)F=(8A)F=(0C)F=( 4C)F=( 24)F=(CA)F=(4C)F=(E2)F=( 64)F=( 66 )F=( E8 )F=( 7E )F=(00)F=(A6)F=(28)F=(BE)F=(40)F=(8B)F=(0D)F=(AD)F=(25)F=( CB)F=(4D)F=(E3)F=(65)F=(9A )F=( 18 )F=( 82 )F=(00 )F=(dA)F=(58)F=(C2)F=(4D)F=(BF)F=(3D)F=(7D)F=(25)F=(FF)F=(7D)F=( E7)F=(65) 进位控制实验：实验原理：进位控制运算器的实验原理如图所示，在算术逻辑运算实验的基础上增加进位控制部分，其中74181的进位进入一个7474锁存器，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，实验时将T4连至STATE UNIT的微动开关KK2上。AR是电平控制信号(低电平有效)，可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中。实验步骤：(1) 按实验接线图连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。(2) 用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数，具体方法： 关闭ALU输出三态门(ALU-B=1)，开启输入三态门(SW-B=0)，设置数据开关； 例如向DR1存入01010101，向DR2存入10101010。具体操作步骤如下：数据开关(01010101)三态门寄存器DR1(01010101)数据开关寄存器DR2(10101010)LDDR1=1LDDR2=0T4=ALU-B=1SW-B=0LDDR1=0LDDR2=1T4=关寄存器LDDR1=0LDDR2=0实验接线图(3) 关闭输入三态门(SW-B=1)，开启ALU输出三态门(ALU-B=0)。(4) 进位标志清零具体操作方法如下： 实验板中SWITCH UNIT单元中的CLR开关为标志CY，ZI的清零开关，它为零时是清零状态，所以依次将开关做101操作，即可使标志位清零。 注：进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为“0”，无进位：标志指示灯CY灭时表示进位为“1”，有进位(5) 验证带进位运算及进位锁存功能，使Cn=1，AR=0来进行带进位算术运算。实验结果：1) 实验题目A、将FC和FZ标志清零 B、置控制信号CyCn#=0(影响进位并带进位) 或 CyNCn#=0(影响进位不带进位),Ci=1 C、用二进制开关向DA1和DA2置数。 D、置控制信号I/O-R#=1，ALU-B#=0，选择74LS181的功能为F=A加B，此时总线显示灯上的数据为DA1加DA2 E、按动开关KK（CLOCK UNIT单元的KK信号连接到MAIN CONTROL UNIT的T4）,产生本次加法结果的标志FC和FZ。2)数据记录和计算 A、 0FFH+01H=00000000 FZ=1 FC=1 B、 5BH+0A0H+FC =11111011 FZ= 0 FC= 0 C、 5BH0A0H =00000000 FZ=1 FC=0 D、 0F0H+32H+FC=00100011 FZ=0 FC = 0 或 79H+32H+FC=10101011 FZ= 0 FC= 0 3)结论 A、如果不在进位运算操作前先对进位标志清零就无法确定是不是这次运算得到的进位。B、清零后，实验仪上进位指示灯灭，说明这时高位上无进位，然后进行运算，如果高位进位，这时CY灯亮，就能正确显示实验结果，否则实验结果会受到影响。 C、CY灯所表示的进位是高位的进位，而Cn进位控制端所表示的是在最低位上的进位。 D、DA1加DA2加1的结果中高位没有进位，则CY灯不会亮。 E、DA1加DA2加1的结果中高位有进位，则CY灯会亮。移位运算实验：实验原理：移位运算实验原理图如下图所示，使用了一片74299作为移位发生器，其8输入/输出端以排线方式和总线单元连接。299-B信号控制其使能端，T4时序为其时钟脉冲，实验时将W/R UNIT中的T4接至STATE UNIT中的KK2单脉冲发生器，由S0，S1，M控制信号控制其功能状态，如下表所示。299-B S1 S0 M 功 能 0 0 0任意 保持 010 0 循环右移 010 1 带进位循环右移 001 0 循环左移 001 1 带进位循环左移 任意11任意 装数 实验原理图实验步骤：（1）按下图连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。STATE UNITW/R UNITKK2T4 ALU UNITMS0S1299-BAUJ1BUS UNITS0S1M299-BSW-BSW-BSWJ3SWITCH UNITBUS UNIT图6 位运算实验接线图（2）移位操作： 置数，具体步骤如下：数据开关(01010101)数据开关(01101011)三态门三态门SW-B=0SW-B=1S0=1S1=1T4= 移位，参照S0，S1，M控制信号控制功能状态表改变S0，S1，M，299-B的状态，按动微动开关KK2，观察移位结果。实验结果： 开始299-BS1S0M功能结果移位寄存器CY移位寄存器CY100101101000任意保持1001011011001011010100循环右移0100101110100101110101带进位循环右移1010010111010010110010循环左移0100101110100101110011带进位循环左移100101110100101110任意11任意置数11111111四、实验过程与分析一、在接线过程中，要注意先接线后通电，不但安全而且还能保护好实验仪。在保证接线正确的同时也要明白其工作原理以及数据在过程中的变化。二、 置数的时候，结果全为1。是因为没有把SWITCH UNIT单元中的开关SW-B置为0，打开数据输入三态门。移位寄存器取数时视为高电平，所以结果都为1。 三、在移位运算实验中CY的值不定。上次操作结果中CY为多少，下次开始操作时CY就是多少。四、SW-B和ALU-B是低电平有效。 S3,S2,S1,S0和LDDR1、LDDR2是高电平有效。 五、做算术运算和逻辑运算时应设以下各控制端： ALU-B SW-B S3 S2 S1 S0 M Cn DR1 DR2 六、输入三态门控制端SW-B和输出三态门控制端ALU-B不能同时为“0”状态，否则存在寄存器中的数据无法准确输出。七、 S3,S2,S1,S0是运算选择控制端,由它们决定运算器执行哪一种运算; M是算术逻辑运算选择,M=0时,执行算术运算,M=1时,执行逻辑运算; Cn是算术运算的进位控制端，Cn=0(低电平)，表示有进位，运算时相当于在最低位上加进位1，Cn=1(高电平)，表示无进位。逻辑运算与进位无关。ALU-B是输出三态门控制端，控制运算器的运算结果是否送到数据总线BUS上。SW-B是输入三态门的控制端，控制“INPUT DEVICE”中的8位数据开关D7D0的数据是否送到数据总线BUS上。八、DR1、DR2置数完成后之所以要关闭控制端LDDR1、LDDR2是为了确保输入数据不会丢失。九、如果把SW-B置为“0”和ALU-B置为“1”，那么数据总线的灯会改变为原来的数据。十、Cn进位控制端与算术运算有关，与逻辑运算无关。 S3，S2,S1，S0是运算选择器控制端，有它们决定运算器执行哪一种运算；M是逻辑算术控制选择器，由它来反映是进行算数运算还是逻辑运算。S0，S1,S2，S3是运算控制选择器。M=0时，执行算术运算；M=1时，执行逻辑运算。Cn是算术运算的进位控制器，Cn=0（低电平），表示有进位，运算时相当于在最低位上加进位1，Cn=1（高电平），表示无进位。进位只与算术运算有关，与逻辑运算无关。五、实验总结通过本次试验我掌握了算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理和简单运算器的数据传送通道，了解了由74LS181等组合逻辑电路的运算功能发生器运算功能，能够按给定数据是要要求完成实验指定的算术/逻辑运算。掌握了带进位控制的算术运算功能发生器的功能，掌握了按指定的数据完成几种指定的算术运算。自己能够更清楚了算术逻辑运算的功能，同时更明白逻辑与算术的区别，增加了自己的思维能力和动手能力。 实验开始的时候，接入线路的时候比较慢，但是还算顺利，对看PPP可以将线都找到并没有差错地插好，开始的实验证明也能很快验证。但在一开始的例题