组成原理课程设计实验报告.docx
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组成原理课程设计实验报告
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：
班级：
学号：
姓名：
评分：
2011年6月17日
实验一验证74LS181运算及逻辑功能
1、实验目的
（1）掌握运算逻辑单元（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、实验原理
工作原理分析：
实验由74LS181芯片作为验证实验的核心元器件。
其中，A0-A3，B0-B3作为输入端，开关作为输入信号，直接和输入端相连接。
S0-S3作为运算方式控制端，通过开关来输入控制信号，从而实现，不同运算间的转换。
ＣＮ及Ｍ端口作为元算类型控制端。
实验中，通过设置CN、M、S0-S3的值，来控制运算类型，通过A0-A3、B0-B3来输入运算数，当运算设置完成后，74LS181芯片将自动根据设置，将两个运算数，进行相应的处理，并将运算结果输入显示器，进行显示。
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。
功能如下：
方式
M=1算术运算
M=0算术运算
S3S2S1S0
逻辑运算
CN=1（无进位）
CN=0（有进位）
0000
F=/A
F=A
F=A加1
0001
F/（A+B）
F=A+B
F=（A+B）加1
0010
F=（/A）B
F=A+/B
F=（A+/B）加1
0011
F=0
F=负1（补码）
F=0
0100
F=/（AB）
F=A加A（/B）
F=A加A/B加1
0101
F=/B
F=（A+B）加A/B
F=（A+B）加A/B加1
0110
F=A⊕B
F=A减B减1
F=A减B
0111
F=A/B
F=A（/B）减1
F=A（/B）
1000
F=/A+B
F=A加AB
F=A加AB加1
1001
F=/（A⊕B）
F=A加B
F=A加B加1
1010
F=B
F=（A+/B）加AB
F=（A+/B）加AB加1
1011
F=AB
F=AB减1
F=AB
1100
F=1
F=A加A
F=A加A加1
1101
F=A+/B
F=（A+B）加A
F=（A+B）加A加1
1110
F=A+B
F=（A+/B）加A
F=（A+/B）加A加1
1111
F=A
F=A减1
F=A
（上表中的“/”表示求反）
3、实验内容
3.1、实验电路图:
（图1.1）
图1.1
3.2．实验操作
1）根据实验要求及实验原理图，在模拟系统平台上构建实验电路图。
2）仔细阅读实验说明，了解各个元器件的使用方法及功能。
3）根据实验要求，对电路进行参数设置，进行实验数据的验证，并将实验结果记录。
（实验数据统计如下）
3.3．实验数据
S3S2S1S0
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）
0000
AH
5H
F=AH
F=BH
F=5H
0001
AH
5H
F=FH
F=0H
F=0H
0010
AH
5H
F=AH
F=BH
F=5H
0011
AH
5H
F=FH
F=0H
F=0H
0100
FH
1H
F=DH
F=EH
F=EH
0101
FH
1H
F=DH
F=EH
F=EH
0110
FH
1H
F=DH
F=EH
F=EH
0111
FH
1H
F=EH
F=EH
F=EH
1000
FH
FH
F=EH
F=FH
F=FH
1001
FH
FH
F=EH
F=FH
F=FH
1010
FH
FH
F=EH
F=FH
F=FH
1011
FH
FH
F=EH
F=FH
F=FH
1100
5H
5H
F=AH
F=BH
F=FH
1101
5H
5H
F=AH
F=BH
F=FH
1110
5H
5H
F=4H
F=5H
F=5H
1111
5H
5H
F=4H
F=5H
F=5H
4、总结及心得体会
通过实验，我对组成原理的课程设计环境有了初步的了解，基本能熟练的运用虚拟实验平台，并能运用虚拟实验平台来进行相关的实验验证。
同时，我也了解并掌握了如何利用实验平台来设计电路，进行元器件的连接，此外还掌握了简单运算器的数据传送通道，了解了四位运算功能器的组合功能，基本掌握了算术运算逻辑的工作原理。
最重要的是，通过实验，加深了对组成原理及理论知识的了解。
5、操作举例截图：
0000（S0-S3）-0（M）-0（CN）
0100（S0-S3）-1（M）
1000（S0-S3）-0（M）-1（CN）
实验二运算器
1、实验目的
1）熟练掌握算术逻辑但愿（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、实验原理
本实验仿真单总线结构的运算器，原理图及相应的电路如下图所示。
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；74LS244
为三态门电路，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。
图2.1运算器示意图
图2.2单总线结构的运算器示意图
3、实验内容
1.电路工作原理说明：
通过一些列连接在74LS244上的开关K8产生所需数据，控制74LS244芯片,将产生的数据输送到总线，经由总线，数据被存入指定通用寄存器（74LS374芯片）GR1或GR2；控制（74LS244）的使能端开关，将通用寄存器里的数据传送到暂存工作寄存器（74LS273芯片）DR1或DR2中；然后将DR1和DR2中的数据通过核心8位ALU部件运算，将结果又转存到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；其中总线作为数据传输的通道。
2.74LS244N的功能及其在电路中的作用，及输入信号G有何作用：
74LS244芯片为三态门电路，用于设置各个寄存器的值，当使能端有效时，将输入信号输送到数据总线。
输入信号G连接74LS244N芯片的使能端，控制芯片的作用。
当G为低电平时，芯片导通，能正常工作；当G为高电平时，则芯片不能读取数据。
3.74LS273N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK有何作用：
74LS273芯片为触发器，在电路中作为暂存工作寄存器，在电路中起到临时寄存数据的作用。
CLK为控制信号，连接芯片的使能端，当CLK处于上升沿是，芯片能正常工作。
4.74LS374N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK和OC有何作用：
74LS374芯片为触发器，同时具有三态门的作用，在电路中作为通用寄存器，用来寄存数据。
CLK为脉冲信号，在上升沿处罚；OC为使能控制信号，当OC为低电平是，芯片有效；当OC为高电平时，芯片断开。
5.K8产生任意数据存入通用寄存器GR1：
1）设置K8的值，产生一个任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；
2）将控制信号G设置为0（低电平），将数据传送至总线；
3）将GR1使能控制信号设为1（高电平），双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中；
4）将GR1使能段控制信号设置为1，将寄存器锁存。
6.K8产生任意数据存入通用寄存器GR2。
1）设置K8的值，产生一个任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；
2）将控制信号G设置为0（低电平），将数据传送至总线；
3）将GR2使能控制信号设为1（高电平），双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中；
4）将GR1使能段控制信号设置为1，将寄存器锁存。
7.完成GR1+GR2→GR1：
1）在5、6的基础之上继续进行操作。
2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。
3）根据逻辑功能表，进行如下设置：
S3~S0=0001B（对应BVCX四键）、CIN=1、M=0。
4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；
5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；
6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。
7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。
8.完成GR1-GR2→GR2：
1）在5、6的基础之上继续进行操作。
2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。
3）根据逻辑功能表，进行如下设置：
S3~S0=0110B（对应BVCX四键）、CIN=0、M=0。
4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；
5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；
6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。
7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR2中。
9.完成GR1∧GR2→GR1：
1）在5、6的基础之上继续进行操作。
2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。
3）根据逻辑功能表，进行如下设置：
S3~S0=1011B（对应BVCX四键）、M=1。
4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；
5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；
6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。
7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。
10.完成GR1∨GR2→GR2：
1）在5、6的基础之上继续进行操作。
2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。
3）根据逻辑功能表，进行如下设置：
S3~S0=1110B（对应BVCX四键）、M=1。
4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；
5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；
6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。
7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。
11.完成GR1⊕GR2→GR1。
1）在5、6的基础之上继续进行操作。
2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。
3）根据逻辑功能表，进行如下设置：
S3~S0=0110B（对应BVCX四键）、CIN=1、M=0。
4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；
5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；
6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。
7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。
12.~GR1→GR2。
（“~”表示逻辑非运算）
1）在5、6的基础之上继续进行操作。
2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。
3）根据逻辑功能表，进行如下设置：
S3~S0=0000B（对应BVCX四键）、M=1。
4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；
6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。
7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR2中。
13.~GR2→GR1：
1）在5、6的基础之上继续进行操作。
2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。
3）根据逻辑功能表，进行如下设置：
S3~S0=0000B（对应BVCX四键）、M=1。
4）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；
6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。
7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。
4、总结及心得体会
通过实验，我更加熟练地掌握了算术逻辑但愿（ALU）的应用方法，并熟悉了简单运算器的数据传送原理，此外在数字元件的功能和使用方法方面也有了更深的了解。
通过实验，我对计算机硬件运行方面有了更加深入的了解，了解到了如何在硬件基础之上实现计算机的功能运算，通过自己的亲自动手操作，对计算机的运算过程有了更
加清晰的认识了解。
5、操作举例截图：
K8产生任意数据存入通用寄存器GR1
K8产生任意数据存入通用寄存器GR2
实验三模拟机设计
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、实验原理
模型机主要由运算器、控制器、存储器、数据总线、输入输出和时序产生器组成，模型机的结构图如图1所示。
图3.1模型机的结构图
图2模型机电路图
当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表3即为将图2的微程序流程图按微指令格式转化而成的二进制微代码表。
二进制代码表
微地址
S3S2S1S0MCNWEM17M16
A
B
P
μA5…μA0
00
000000011
000
000
100
010000
01
000000011
110
110
110
000010
02
000000001
100
000
001
001000
03
000000001
110
000
000
000100
04
000000001
011
000
000
000101
05
000000011
010
001
000
000110
06
100101011
001
101
000
000001
07
000000001
110
000
000
001101
10
000000000
001
000
000
000001
11
000000011
110
110
110
000011
12
000000011
110
110
110
000111
13
000000011
110
110
110
001110
14
000000011
110
110
110
010110
15
000000101
000
001
000
000001
16
000000001
110
000
000
001111
17
000000001
010
000
000
010101
20
000000011
110
110
110
010010
21
000000011
110
110
110
010100
22
000000001
010
000
000
010111
23
000000011
000
000
000
000001
24
000000000
010
000
000
011000
25
000001110
000
101
000
000001
26
000000001
101
000
110
000001
27
000001110
000
101
000
010000
30
000001101
000
101
000
010000
3、实验内容:
以实验中给出的指令为例，对模拟机工作过程进行说明：
**:
PC->ARPC+1->PCRAM->BUSBUS->IR
SW->R0PC->ARPC+1->PC
IN:
RAM->BUSBUS->IRPC->ARPC+1->PC
RAM->BUSBUS->RAMRAM->BUSBUS->DR2
R0->DR1
DR1+DR2->R0
PC->ARPC+1->PC
ADD:
RAM->BUSBUS->IR
PC->ARPC+1->PC
RAM->BUSBUS->AR
RO->BUSBUS->RAM
PC->ARPA+A->PC
OUT:
RAM->BUSBUS->IRPC->ARPC+1->PC
RAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->DR1
DR1->LEDPC->ARPC+1->PC
JUMP:
RAM->BUSBUS->IRPC->ARPC+1->PC
PC->ARPC+1->PCRAM->BUSBUS->PC
PC->ARPC+1->PC
***:
RAM->BUSBUS->IRSW->R0
PC->ARPC+1->PC
4、总结及心得体会
第三个实验的结束，也宣告着本次课程设计接近了尾声！
正如每次课程设计结束一样，我们的心中有一份释然，也感到一份压力。
课程设计结束了，通过为期两周的课程设计，我了解到了自己在实践方面的不足，知道了自己的努力方向。
就教学内容而言，通过实验，给我最大的感触就是：
我了解了计算机运算的工作原理，通过最后一个实验，能基本了解到模拟机的工作原理，能简要的用自己的语言陈述微机工作原理。
通过对实验，及对微机工作原理的了解，看到计算机硬件方面的发展力，对自己的今后发展有了更多的思路。
从实验的开始，到最终能简要的陈述原理，经历了一个从懵懂到清晰的过程。
在整个实验的过程中，我了解到合作、理解的重要性，不仅学习到知识，更重要的是学习到了一些学习之外的技能。
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