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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：信息安全班级：一班 学号：090503*姓名：任小布 评分: 2011 年 06 月 21 日实验一 验证74LS181运算和逻辑功能1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） 验证4位运算功能发生器(74LS181)组合功能。2实验设备74LS181（1片），4段显示器LED（3片），开关若干。3实验原理ALU能进行多种算术运算和逻辑运算。4位ALU74 LS181能进行16种算术运算和逻辑运算。功能如下：方式M=1算术运算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10 0 0 1F/(A+B)F=A+BF=(A+B) 加10 0 1 0F=(/A)BF=A+/BF=(A+/B) 加10 0 1 1F=0F=负1（补码）F=00 1 0 0F=/(AB)F=A加A(/B)F=A加A/B加10 1 0 1 F=/BF=(A+B) 加A/BF=(A+B) 加A/B加10 1 1 0F=ABF=A减B减1F=A减B0 1 1 1F=A/BF=A(/B)减1F=A(/B)1 0 0 0F=/A+BF=A加ABF=A加AB加11 0 0 1F=/(AB)F=A加BF=A加B加11 0 1 0F=BF=(A+/B)加ABF=(A+/B) 加AB加11 0 1 1F=ABF=AB减1F=AB1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B) 加A加11 1 1 0F=A+BF=(A+/B) 加AF=(A+/B) 加A加11 1 1 1F=AF=A减1F=A表一(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。S3 S3 S1 S1运算选择控制S3 S3 S1 S1决定电路执行哪一种算术A3 A2 A1 A1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4实验内容实验电路图如下: 图一 4位ALU验证电路示意图连接好上图，确定无误后，测试下表的数据(红色为所测数据的结果)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=AHF=BHF=5H 0 0 0 1AH5HF=FHF=0HF=0H 0 0 1 0AH5HF=AHF=BHF=5H 0 0 1 1AH5HF=FHF=0HF=0H 0 1 0 0FH1HF=DHF=EHF=EH 0 1 0 1FH1HF=DHF=EHF=EH 0 1 1 0FH1HF=DHF=EHF=EH 0 1 1 1FH1HF=EHF=EHF=EH 1 0 0 0FHFHF=EHF=FHF=FH 1 0 0 1FHFHF=EHF=FHF=FH 1 0 1 0FHFHF=EHF=FHF=FH 1 0 1 1FHFHF=EHF= FHF=FH 1 1 0 05H5HF=BHF=BHF=FH 1 1 0 15H5HF=BHF=BHF=FH 1 1 1 05H5HF=4HF=5HF=5H 1 1 1 15H5HF=4HF=5HF=5H5实验内容心得体会 通过实验一“验证74LS181运算和逻辑功能”，我熟练地掌握了虚拟实验平台软件的操作使用，能画出逻辑电路图以及美观整齐的接线图。按照实验图示的要求进行各种操作，明白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，同时对本专业的知识有了更要进一步的了解，在由陌生到熟悉的操作中积累了一定的基础经验，在试验中遇到的问题，通过跟同学探讨，上网搜索答案，学习的兴趣也浓重了许多。实验二 运算器1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） 熟练掌握有关数字元件的功能和使用方法。2实验设备74LS181（2片），8段显示器LED（3片），74LS273（2片），74LS374（2片），74LS244（1片），数据总线（1片），开关若干。3实验原理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2-3所示。电路图中，最右边的像5线谱的器件模拟8位数据总线；与74LS244连接的8个开关产生所需数据记为K8；74LS244为三态门电路，用于设置各个寄存器的值，切记总线上只能有一个输入；两个74273部件作为暂存工作寄存器DR1和DR2；两个74374部件作为通用寄存器组（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部件。通 用寄存器ABALU图2-2 单总线结构的运算器示意图4实验内容搭建电路，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GR16.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+ GR2GR1。答：a.Q=1（屏蔽掉K8）、I=0、W=0、E，GR1DR1；b.Space=0、R=0、T，GR2DR2；c.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：a.I=0、W=0、E，GR1DR1；b.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：a.I=0、W=0、E，GR1DR1；b.S3S0=0000B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，U。13.GR2GR1。答：a.Space=0、R=0、T，GR2DR2；b.S3S0=0101B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，U。图2-3 运算器示意图5实验心得体会通过实验二，我系统地了解运算器的原理，明白了怎样将数据存入通用寄存器以及将寄存器中的数据通过总线传入暂存器，然后通过输入运算器之后进行运算等等一系列的过程，受益匪浅。而本次试验中值得注意的一点就是整个运算过程中，总线上只能有一个输入，其他的像控制总线输入的三态门中，K8层次块旁有一个， 8位运算器旁有一个，通用寄存器旁有2个,总计4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，这样才能保证总线的要求，不然的话将会造成一些不必要的麻烦。实验三 模型机设计1实验目的（1）掌握微程序执顺序强制改变的原理；（2）掌握机器指令与微程序的对应关系；（3）掌握机器指令的执行流程；（4）本实验提供了五条机器指令，编写相应的微程序，并调试验证，形成整机概念。2实验设备74LS181芯片两片，memory 6116一片，微程序控制存储器芯片一片，编译器芯片一片，八位同步计数器芯片一片，ALU_G芯片一片，PC_G芯片一片，74LS273芯片若干，输入，输出芯片各一片，选择器芯片若干，连接器芯片若干，灯泡若干，开关若干等。3实验原理 部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，如运算器实验中对74LS181芯片的控制，存储器实验中对存储器芯片的控制信号，以及几个实验中对输入设备的控制。而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一段微程序。 图2-4中包括运算器、存储器、微控器、输入设备、输出设备以及寄存器。这些部件的动作控制信号都有微控器根据微指令产生。需要特别说明的是由机器指令构成的程序存放在存储器中，而每条机器指令对应的微程序存储在微控器中的存储器中。 图2-4 运算器示意图各机器指令对应的微程序如下：微地址S3 S2 S1 S0 M CN RD A9 A8ABCUA5-UA0000 0 0 0 0 0 1 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 1 0 0 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 1 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 1 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1050 0 0 0 0 1 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 0 0 1 0 1 0 1 10 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 070 0 0 0 0 1 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1100 0 0 0 0 1 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1110 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1120 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 1130 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 0140 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 0150 0 0 0 0 1 1 0 10 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 160 0 0 0 0 1 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1170 0 0 0 0 1 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1200 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0210 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0220 0 0 0 0 1 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1230 0 0 0 0 1 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1240 0 0 0 0 1 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 250 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1260 0 0 0 0 1 0 0 11 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 1270 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0300 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1 4实验内容（1）选择实验设备，将所需要的组件从组件列表中拖到实验设计流程栏中（2） 搭建实验流程：根据原理图2-4和电路图图2-5,将已选择的组件进行连线.或者也可以在系统的菜单栏中选择“实验”,再选择“模型机实验”即可。（3） 输入机器指令:选择菜单中的“工具”，再选择“模型机调试”，在指令输入窗口中输入如下指令：00000000000100000000100100100000000010110011000000001011010000000000000000000001本实验设计机器指令程序如下：地址（二进制）内容（二进制）助记符说明0000 00000000 0000IN R0“INPUT DEVICE”-R00000 00010001 0000ADD 0AH,R0R0+0AH-R00000 00100000 10100000 00110010 0000STA R0,0BHR0-0BH0000 01000000 10110000 01010011 0000OUT