计算机组成原理课程设计实验报告.docx

1、计算机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：计算机科学与技术班级：计算机二班学号：姓名：评分：2010年6月23日实验一 验证74LS181运算和逻辑功能一、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、画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；4、验证4位运算功能发生器（74LS181）组合功能。二、实验原理：1、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。功能表如下： 方式M=1 逻辑运算 M=0 算术运算S3 S2 S1

2、S0逻辑运算CN=1(无进位)CN=0(有进位) 0 0 0 0F=/AF=AF=A加1 0 0 0 1F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加1 0 0 1 0F=(/A)BF=A+/BF=(A+/B)加1 0 0 1 1F=0F=负1（补码形式）F=0 0 1 0 0F=/(AB)F=A加A(/B)F=A加A/B加1 0 1 0 1F=/BF=(A+B)加A/BF=(A+B)加A/B加1 0 1 1 0F=ABF=A减B减1F=A减B 0 1 1 1F=A/BF=A(/B)减1F=A(/B） 1 0 0 0F=/A+BF=A加ABF=A加AB加1 1 0 0 1F=/(AB)F=A加BF

3、=A加A加1 1 0 1 0F=BF=(A+/B)加ABF=(A+/B)加AB加1 1 0 1 1F=ABF=AB减1F=AB 1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A加1 1 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加1 1 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加1 1 1 1 1F=AF=A减1F=A(上表中的“/”表示求反)2、具体示例功能解析（1）A、S、D、F键分别控制U1单元的输入，通过选择高低电平，输入四位二进制数，在U1单元显示为一位十六进制数，例如：A为高电平，S为低电平，D为高电平，F为低电平，则U1将显示为5；同理，G、H、J、K

4、键分别控制U2单元的输入；（2）Z、X、C、V键分别作为74LS181N的S0、S1、S2、S3运算选择控制端的开关，实现决定电路执行哪一种运算；（3）CN引脚是最低位进位输入控制引脚，CN=0，表示有进位，CN=1，表示无进位；M引脚为状态控制端，表示逻辑运算，表示算术运算；（）F3、F2、F1、F0均为数据输出引脚，F3为最高位。图1：4位74LS181电路示意图3、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 S2 S1 S0运算选择控制S3 S2 S1 S0 决定电路执行哪一种算术A3 A2 A1

5、A0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为最高位三、实验内容：图2：4位74LS181电路验证图如上图所示，M=0，进行算术运算，CN=1，表示无进位，、分别为，因此对应的运算为：加，由此可见实验结果正确。图3：4位74LS181电路验证图如上图所示，M=，进行算术运算，、分别为，因此对应的运算为：，由此易知实验结果正确。图4：4位74LS181电路验证图如上图所示，M=0，进行

6、算术运算，CN=，表示有进位，、分别为，因此对应的运算为：加加，由此易知实验结果正确。综上验证74LS181型4位ALU的逻辑算术功能，列出结果如下表：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=A(1010)F=B(1011)F=5(0101)0 0 0 1AH5HF=F(1111)F=0(0000)F=0(0000)0 0 1 0AH5HF=A(1010)F=B(1011)F=5(0101)0 0 1 1AH5HF=F(1111)F=0(0000)F=0(0000)0 1 0 0FH1HF=D(1101

7、)F=E(1110)F=E(1110)0 1 0 1FH1HF=D(1101)F=E(1110)F=E(1110)0 1 1 0FH1HF=D(1101)F=E(1110)F=E(1110)0 1 1 1FH1HF=D(1101)F=E(1110)F=E(1110)1 0 0 0FHFHF=E(1110)F=F(1111)F=F(1111)1 0 0 1FHFHF=E(1110)F=F(1111)F=F(1111)1 0 1 0FHFHF=E(1110)F=F(1111)F=F(1111)1 0 1 1FHFHF=E(1110)F=F(1111)F=F(1111)1 1 0 05H5HF=A(

8、1010)F=B(1011)F=F(1111)1 1 0 15H5HF=A(1010)F=B(1011)F=F(1111)1 1 1 05H5HF=4(0100)F=5(0101)F=5(0101)1 1 1 15H5HF=4(0100)F=5(0101)F=5(0101)四、总结及心得体会：通过实验一“验证74LS181运算和逻辑功能”，我熟练地掌握了Multisim 10.0操作使用，能画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图，按照实验的要求进行各种操作，熟悉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，使我对专业知识有了更深的了解，也激发了我对学习的兴趣，从中积累了宝贵的实践操作

9、经验。当然在实验中，我也遇到了很多问题，例如对算术运算下的有进位运算一直不能理解它是如何进行的，“为什么会自动加”，而有的不会，通过翻阅教材，和同学讨论以及上网查阅资料，也只是初步了解了。又如，位如何扩展为位的，甚至是位，虽然努力了，但是终究没有达到预想的效果，由于时间有限，我也只能在以后的学习实践中去寻找理想的答案了。总之，实验一是一个入门级的实验，通过它为实验二打下了坚实的基础，所以从中我收益匪浅。实验二 运算器一、实验目的：、熟练掌握算术逻辑单元（ALU）的应用方法；、进一步熟悉简单运算器的数据传送原理；、画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；、熟练掌握有关数字元件的功能和使用方法；、熟

10、练掌握子电路的创建及使用。二、实验原理：本实验仿真单总线结构的运算器，原理如图5，相应电路如图6。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；74244层次块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5：单总线结构的运算器示意图三、实验内容：在Multisim画出电路图并仿真，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74LS

11、244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74

12、LS273N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GR

13、2。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GR1GR2

14、GR1。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

15、.S3S0=0101B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，U。图6：运算器示意图图7：8位ALU层次块示意图图8：74LS244层次块示意图图9：74LS273层次块示意图图10：74LS374层次块示意图图11：K8层次块示意图四、总结及心得体会：通过实验二，我比较深刻地了解了运算器的原理，懂得了如何将数据存入通用寄存器，如何将通用寄存器中的数据通过总线传入暂存寄存器，如何将其输入运算器进行运算等等。此次实验，最重要的一点就是“切记总线上只能有一个输入”,而控制总线输入数量的三态门中，K8层次块旁有一个， 8位运算器旁有一个，通用寄存器旁有两个,总计四个。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，否则将出现一些问题，比如总线输出的不是K8中设置的值，这可能是这些数据参加了某种运算后的结果，这也是实验成功与否的关键。在实验过程中，刚开始的时候，运算器看上去连线均没错，但是数据总线不是显示红色的，所以无论如何都不能正常显示数据，经过不段尝试，最终发现只有将数据线设为红色才行，这点让我吃尽了苦头。计算机组成原理课程设计结束了，十分感谢老师的悉心指导，但是还有许多疑问没有解决，在以后的学习过程中，特别是计算机专业学习中能够更深入地理解，从而达到熟练应用的目的！