计算机组成原理实验-运算器组成实验报告

1、计算机组成原理课程实验报告 9.3 运算器组成实验 姓 名： 曾国江 学 号： 系 别： 计算机工程学院 班 级： 网络工程1班 指导老师： 完成时间： 评语： 得分：9.3运算器组成实验一、实验目的1熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。2熟悉简单运算器的数据传送通路。3验证运算器74LS181的算术逻辑功能。4按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。二、实验电路图3.1示出了本实验所用的运算器数据通路图。参与运算的数据首先通过实验台操作板上的八个二进制数据开关SW7-SW0来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆RF中。RF(U30)由一个ispLSI1016实现，功能上相当于四个8位通用寄存器，用

2、于保存参与运算的数据，运算后的结果也要送到RF中保存。双端口寄存器堆模块的控制信号中，RS1、RS0用于选择从B端口（右端口）读出的通用寄存器，RD1、RD0用于选择从A端口（左端口）读出的通用寄存器。而WR1、WR0用于选择写入的通用寄存器。LDRi是写入控制信号，当LDRi1时，数据总线DBUS上的数据在T3写入由WR1、WR0指定的通用寄存器。RF的A、B端口分别与操作数暂存器DR1、DR2相连；另外，RF的B端口通过一个三态门连接到数据总线DBUS上，因而RF中的数据可以直接通过B端口送到DBUS上。DR1和DR2各由1片74LS273构成，用于暂存参与运算的数据。DR1接ALU的A输

3、入端口，DR2接ALU的B输入端口。ALU由两片74LS181构成，ALU的输出通过一个三态门（74LS244）发送到数据总线DBUS上。实验台上的八个发光二极管DBUS7-DBUS0显示灯接在DBUS上，可以显示输入数据或运算结果。另有一个指示灯C显示运算器进位标志信号状态。图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，其中S3、S2、S1、S0、M、Cn#、LDDR1、LDDR2、ALU_BUS#、SW_BUS#、LDRi、RS1、RS0、RD1、RD0、WR1、WR0都是电位信号，在本次实验中用拨动开关K0K15来模拟；T2、T3为时序脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路。实验中进行单

4、拍操作，每次只产生一组T1、T2、T3、T4时序脉冲，需将实验台上的DP、DB开关进行正确设置。将DP开关置1，DB开关置0，每按一次QD按钮，则顺序产生T1、T2、T3、T4一组单脉冲。三、实验设备1.TEC-5计算机组成实验系统1台2.逻辑测试笔一支（在TEC-5实验台上）3.双踪示波器一台（公用）4.万用表一只（公用）四、实验任务1、按图3.1所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。由于运算器模块内部的连线已由印制板连好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号模拟开关、与运算器模块的外部连线。注意：为了建立清楚的整机概念，培养严谨的科研能力，手工连线是绝对必要的。2.用开关SW

5、7SW0向通用寄存器堆RF内的R0R3寄存器置数。然后读出R0R3的内容，在数据总线DBUS上显示出来。3.验证ALU的正逻辑算术、逻辑运算功能。 令DR1=55H，DR2=0AAH，Cn#=1。在M=0和M=1两种情况下，令S3S0的值从0000B 变到1111B，列表表示出实验结果。实验结果包含进位C，进位C由指示灯显示。注 意：进位C是运算器ALU最高位进位Cn+4#的反，即有进位为1，无进位为0。五、实验要求1.做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路及其功能特性，并熟悉本实验中所用的模拟开关的作用和使用方法。2.写出实验报告，内容是： (1) 实验目的。（2） 按实验任务3的要求，列表

6、表示出实验结果。（3） 按实验任务4的要求，在表中填写各控制信号模拟开关值，以及运算结果值。六、实验步骤和实验结果（1） 、实验任务2的实验步骤和结果如下：（假定RO=66H,R1=99H）1. 置DP=1，DB=0，编程开关拨到正常位置。接线表如下：数据通路WR0WR1RS0RS1SW_BUS#RS_BUS#LDRi电平开关K0K1K2K3K3K5K62. 打开电源 以下2条是将66H、99H分别写入R0、R13. 置K0(WR0)=0，K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1，K6(LDRi)=1， SW7-SW0=66H.在DBUS上将观察到DBUS=6

7、6H.按QD按钮将66H写入R0。4. 置K0(WR0)=1,K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1，K6(LDRi)=1, SW7-SW0=99H.在DBUS上将观察到DBUS=99H.按QD按钮将99H写入R1。R0，拨动SW7-SW0开关如下：SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW001100110拨动数据通路开关如下：数据通路WR0WR1SW-BUS#RS-BUS#LDRi电平开关00011DBUS观察情况： 0110 0110 按动QD，将66H数据写入R0。R1，拨动SW7-SW0开关如下：SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW0

8、10011001拨动数据通路开关如下：数据通路WR0WR1SW-BUS#RS-BUS#LDRi电平开关10011DBUS观察情况： 1001 1001 按动QD，将99H数据写入R1。 以下2条是在DBUS总线上显示R0、R1的值5. 置K2(RS0)=0，K3(RS1)=0，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0，K6(LDRi)=0,在DBUS上将观察到DBUS=66H。6. 置K2(RS0)=1，K3(RS1)=0，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0，K6(LDRi)=0,在DBUS上将观察到DBUS=99H。显示R0数据通路RS0RS1SW-BUS#

9、RS-BUS#LDRi电平开关00100DBUS观察情况： 0110 0110 显示R1数据通路RS0RS1SW-BUS#RS-BUS#LDRi电平开关10100DBUS观察情况： 1001 1001 （2） 实验任务3的实验步骤和实验结果如下：1. 置DP=1，DB=0，编程开关拨开到正常位置。 接线图如下：数据通路WR0WR1RD0RD1RS0RS1LDRi电平开关K0K1K2K3K4K5K6数据通路LDDR1LDDR2S0S1S2S3M电平开关K7K7K8K9K10K11K12数据通路ALU_BUS#SW_BUS#电平开关K13K14数据通路的信号Cn#接VCC。2.接通电源以下2条是向

10、R0写入66H,向R1写入99H。3.置K0（WP0）=0，K1（WR1）=0，K6（LDRi）=1，K13（ALU_BUS#）=1，K14（SW_BUS#）=0。设置SW7-SW0为66H，按下QD按钮，将66H写入到R0中。4.置K0（WP0）=1，K1（WR1）=0，K6（LDRi）=1，K13（ALU_BUS#）=1，K14（SW_BUS#）=0。设置SW7-SW0为99H，按下QD按钮，将99H写入到R1中。R0数据开关SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW001100110数据通路数据通路WR0WR1SW-BUS#ALU-BUS#LDRi开关名称K0K1K14K13K6电平

11、开关00011按动QDR1数据开关SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW010011001数据通路数据通路WR0WR1SW-BUS#ALU-BUS#LDRi开关名称K0K1K14K13K6电平开关10011按动QD以下1条是将R0写入DR1，将R1写入DR2。5.置K2（RD0）=0，K3（RD1）=0，K4（RS0）=1，K5（RS1）=0，K6（LDRi）=0，K7（LDDR1 和 LDDR2）=1，按下QD按钮，将R0写入DR1，将R1写入DR2。这时DR1=66H，DR2=99H。数据通路RD0RD1RS0RS1LDRiLDDR1LDDR2开关名称K2K3K4K5K6K7K7电

12、平开关0010011 M=H（即：M=1），逻辑运算部分6. 置K6（LDRi）=1，K7（LDDR1 和 LDDR2）=0，K8（S0）=0，K9（S1）=0，K10（S2）=0，K11（S3）=0，K12（M）=1，K13（ALU_BUS#）=0，K14（SW_BUS#）=1。在数据总线DBUS上观察到逻辑运算结果99H。按下QD按钮，观察到进位C为0。7.在其他开关设置都不变的情况下，只改变K8（S0），K9（S1），K10（S2），K11（S3）的设置，观察其他15种逻辑运算结果，并按下QD按钮，观察到进位C的变化。开关如下：数据通路LDRiLDDR1LDDR2MALU-BUS#SW-

13、BUS#开关名称K6K7K7K12K13K14电平开关100101M=L（即：M=0），算术运算部分8. 置K6（LDRi）=1，K7（LDDR1 和 LDDR2）=1，K8（S0）=0，K9（S1）=0，K10（S2）=0，K11（S3）=0，K12（M）=0，K13（ALU_BUS#）=0，K14（SW_BUS#）=1。在数据总线DBUS上观察到算数运算结果66H。按下QD按钮，观察到进位C为0。9. .在其他开关设置都不变的情况下，只改变K8（S0），K9（S1），K10（S2），K11（S3）的设置，观察其他15种逻辑运算结果，并按下QD按钮，观察到进位C的变化。工作方式输入选择 S3

14、 S2 S1 S0逻辑运算（M=H,Cn#=1）算术运算（M=L,Cn#=1）运算结果进位C运算结果进位C0 0 0 099H066H00 0 0 100H00FFH00 0 1 099H066H0 0 0 1 100H00FFH00 1 0 00FFH00CCH 0 0 1 0 166H065H 10 1 1 00FFH00CCH 10 1 1 166H065H11 0 0 099H066H01 0 0 100H00FFH01 0 1 099H066H01 0 1 100H00FFH01 1 0 00FFH032H11 1 0 166H065H11 1 1 00FFH00CCH01 1 1

15、166H065H1实验结果分析与结论：DR1 = 66H = 0110 0110 DR2 = 99H = 1001 10011. 当M=1时，所有指令都执行逻辑运算 0000 取反 参加运算的只有来自DR1的数据 !DR1 = 1001 1001 = 99H 0001 或非 !(DR1+DR2) = !(0110 0110 + 1001 1001) = !() = = 00H 0010 (!DR1 & DR2) = 1001 1001 & 1001 1001 = 1001 1001 = 99H 0011 F=0 0100 与非 !(DR1 & DR2) = !(0110 0110 & 1001

16、 1001) = = 0FFH 0101 取反 参加运算的只有来自DR2的数据 !DR2 = !(1001 1001) = 0110 0110 = 66H 0110 异或 (DR1 XOR DR2) = (0110 0110 XOR 1001 1001) = = 0FFH 0111 (DR1 & !DR2) = （0110 0110 & 0110 0110）= 0110 0110 = 66H 1000 (!DR1 + DR2) = (1001 1001 + 1001 1001) = 1001 1001 = 99H 1001 同或 !(DR1 XOR DR2) = !(0110 0110 XOR

17、 1001 1001) = = 00H 1010 F = B = 99H 1011 与 (DR1 AND DR2) = (0110 0110 AND 1001 1001) = = 00H 1100 F = 1 = 0FFH 1101 (DR1 + !DR2) = (0110 0110 +0110 0110) = 0110 0110 = 66H 1110 或 (DR1 + DR2) = (0110 0110 + 1001 1001) = = 0FFH 1111 F = DR1 = 66H 由于以上都是逻辑运算，所以没有进位2. 当M=0时，所有指令都执行算术运算 0000 F = DR1 = 6

18、6H C = 0 0001 F = DR1+DR2 = 0110 0110 + 1001 1001 = = 0FFH ,C = 0 0010 F = DR1+!DR2 = 0110 0110 = 66H , C = 0 0011 F = F - 1 = + = = 0FFH , C = 0 0100 F = DR1 + DR1 !DR2 = 0110 0110 + 0110 0110 = 1100 1100 = 0CCH ,C = 0 0101 F = (DR1 + DR2)+ DR1 !DR2 = () + (0110 0110) = (0110 0101) = 65H , C = 1 0110 F = (DR1 - DR2 - 1) = (0110 0110 -1001 1001+1111 1111) = 0CCH ,C = 1 0111 F = DR1 !DR2- 1 = 0110 0110 + = 0110 0101 = 64H ,C = 1 1000 F = DR1 + DR1 DR2 = 0110 0110+ = 0110 0110 = 66H , C = 0 1001 F = DR1 + DR2 = = 0FFH , C = 0 1010 F