计算机组成原理运算器、移位器、控制器.doc

甘肃政法学院本科学生实验报告（ 一 ） 甘肃政法学院实验管理中心印制实验题目算术逻辑、进位控制、移位运算实验小组合作是 一、实验目的：1. 掌握简单运算器的数据传送通路。2. 验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。3. 验证带进位的算术运算功能发生器的功能。4. 按指定数据完成几种指定的算术运算。5. 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：一、算术运算逻辑实验1、原理：实验中运算器有两片74LS181以并串形成构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三太门（74LS245）和数据总线相连，运算器的输入端分别有两个锁存器(74LS373)鎖存，锁存器的输入端连至数据总线，数据开关（“INPUT DEVICE”）用来给出才参运算的数据，数据线数灯（”BUS UNIT”）用来显示数据总线内容。T4为脉冲信号，其中T4为脉冲信号，由于电路中的时序信号均以连至”W/R UNIT”的相应时序信号引出端，因此,在实验时，只需将” W/R UNIT”的T4接至”STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微开关，即获得单冲脉。其中S3、S2、S1、S0、 Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B电平控制信号用”SWITCH UNIT”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B是低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。原理图如下：2、步骤：（1）、根据实验中的实验图连接线路，检查无误后接通电源进行试验。实验接线图如下：（2）、用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器中置数。将数据开关调整为01100101，将ALU-B设为1，SW-B设为0，再将LDDR1设为1，LDDR2设为0，按一下T4，即将数值与LDDR2中。用同样的方法将10100111置于LDDR2中。检查LDDR1与LDDR2中置的数是否正确：将SW-B设为1，ALU-B设为0，当置S3、S2、S1、S0、M为11111时，总线指示灯显示的是DR1中的数，置成10101时显示的是DR2中的数。经检验LDR1、LDR2置数正确。（3）运用正逻辑验证74LS118的算术运算和逻辑功能。在给定DR1=65、DR2=A7的情况下改变运算器的功能设置，观察运算器的输出并填入下表如图：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)65A70 0 0 0F=(10110010)F=(10110011)F=(01001101)65A70 0 0 1F=(11110011)F=(11110100)F=(00001100)65A70 0 1 0F=(10111110)F=(10111111)F=(01000001)65A70 0 1 1F=(11111111)F=(00000000)F=(00000000)65A70 1 0 0F=(01100100)F=(01100101)F=(11111111)65A70 1 0 1F=(10100101)F=(10100110)F=(10111110)65A70 1 1 0F=(01110000)F=(01110001)F=(11110011)65A70 1 1 1F=(10110001)F=(10110010)F=(10110010)65A71 0 0 0F=(10110010)F=(10110011)F=(01001101)65A71 0 0 1F=(11110011)F=(11110100)F=(00001100)65A71 0 1 0F=(10111110)F=(10111111)F=(01000001)65A71 0 1 1F=(11111111)F=(00000000)F=(00000000)65A71 1 0 0F=(01100100)F=(01100101)F=(11111111)65A71 1 0 1F=(10100101)F=(10100110)F=(10111110)65A71 1 1 0F=(01110000)F=(01110001)F=(11110011)65A71 1 1 1F=(10110001)F=(10110010)F=(10110010)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)AB0 0 0 0AB0 0 0 1 AB0 0 1 0AB0 0 1 1AB0 1 0 0F=AB0 1 0 1AB0 1 1 0AB0 1 1 1AB1 0 0 0AB1 0 0 1AB1 0 1 0AB1 0 1 1AB1 1 0 0AB1 1 0 1F=A加(A+B)AB1 1 1 0AB1 1 1 1二、进位控制实验在试验一的基础上增加进位控制部分，其中181的进位进入一个74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。1、实验原理图如下：2、根据实验中的实验图连接线路，检查无误后接通电源进行试验。实验接线图如下：（1）关闭ALU输出三太门（ALU-B=1）开启三太门（SW-B=0）,设置数据开关。例如向DR1中存入01010101时将LDDR1=1，LDDR2=0，按动开关T4。向DR2中存入10101010时将LDDR1=0，LDDR2=1，按动开关T4。（2）仅为标志清零操作如下将S3S2S1S0M的状态设为00000，AR状态置为0，按动开关KK2。仅为标志指示灯CY亮时为0则无进位，反之为有进为。经检验结果为无进位。（3）、验证带进位运算及进位锁存功能，使Cn=1，Ar=0，SWB=1来进行代位算数运算。如下DR1 DR2 00001111 01010111 无进位当DR1为00011111，DR2为00001111时有进位。三、移位实验1、原理图：移位运算实验原理如上图所示，使用了一片74LS299作为移位发生器，其八输入/输出端以排针方式和总线单元连接。299G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单脉中发生器。由S0、S1、M控制信号控制其功能状态，其列表如下299G S 1 S 0 M 功 能 0 00 任 意 保 持 0 1 0 0 循环右移 0 1 0 1 带进位循环右移 0 0 1 0 循环左移 0 0 1 1 带进位循环左移 任 意 1 1任 意 装 数 2、按下图连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。3、置数，具体操作如下连续按动“单步”按钮，可见数据带进位连续左移。开机时“Z”灯状态反映进位。开机时Z亮表示有进位，00000001左移后00000011.开机时Z灭表示无进位，00000001左移后000000010.实验结果循环左移：0000000100000010000001000000100000010000100000000100000000100000四、实验过程与分析：1、在实验一的过程中应注意排线的接法，注意单孔与多孔不能接反，T4为脉冲信号，其中T4为脉冲信号，由于电路中的时序信号均以连至”W/R UNIT”的相应时序信号引出端，因此,在实验时，只需将” W/R UNIT”的T4接至”STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微开关，即获得单冲脉。在练习二中有的计算结果存入DR2时，输出显示马上就变了，但这不代表操作错误，只是因为DR2改变了。当输出DR2时，DR2中存储的确实是上一次的运算结果。2、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。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。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。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。 五、实验总结：通过实验我了解了算术逻辑运算是怎样实现的。在练习中有的计算结果存入DR2时，输出显示马上就变了，但这不代表操作错误，只是因为DR2改变了。当输出DR2时，DR2中存储的确实是上一次的运算结果。算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）能跟据S3 S2 S1