组成原理实验报告(运算器、通用寄存器、移位寄存器)

1、西安财经学院 信息学院 计算机组成原理 实验报告 姓名 学号 19 班级 计本1004班 年级 10级 指导教师 魏晋雁 实验名称运算器实验、通用寄存器实验、移位寄存器实验 实验室 实验楼 418 实验日期2011/11/29 2011/12/2、2011/12/6 实验一运算器实验 、实验目的 1掌握简单运算器的数据传输方式。 2.验证运算功能发生器（74LS181 ）及进位控制的组合功能。 、实验要求 完成不带进位和带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑单元的运用。 三、实验原理 实验中所用的运算器数据通路如下图所示，其中运算器由两片74LS181以并/串 形式构成8位字长的ALU

2、。运算器的输出经过一个三态门 （73LS245）以8芯扁平线方 式和数据总线相连，运算器的 2个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273 ）锁存，锁 存器的输入亦以8芯扁平线方式和数据总线相连，数据显示灯（ BUS UNIT ）已和数据 总线相连，用来显示数据总线内容。 I I 二 I 1 I I制 I I开 I 关 I 葷 I I元 AI2IOi - Sfl 旧即 e a* ftuj DR2(273 ch , 丹f S3 . . fit ch 悖 =.鮒 曲呃 5*恫 8 图1-1-1运算器原理图 图中T2、T4为时序电路产生的节拍脉冲信号，通过连接时序启停单元时钟信号 ”来获得，剩余均为

3、电平控制信号。进行实验时，首先按动位于本实验装置右中 侧的复位按钮使系统进入初始待令状态，在LED显示器闪动位出现“ P ”状态下，按 动【增址】命令键使 LED显示器自左向右第 4位切换到提示符“ L”，表示本装置已进 入手动单元实验状态， 在该状下按动 【单步】命令键，即可获得实验所需的单脉冲信号， 而 LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B、S3、S2、S1、SO、CN、M 各电平控制信号用 位于LED显示器上方的26进位二进制开关来模拟，均为高电平有效。 四、实验连线 8.8. ALU 299 单次脉; I-II-II- 回 T1 T2 T3 T4 TLH-TL DR1 S3 S

4、2 SI SO M CN 口R 0*0 00 0000 * oo O序停 G1时启 图1-1-2实验连线示意图 按上图所示，连接实验电路: 总线接口连接：用 8芯片平线连接图中所有标明 L_”或“L_”图案的总线接 口。 按制线与时钟信号“匚一LJL”连接：用双头实验导线连接图中所有标明“”或 “。”图案的插孔。 五、实验内容及结果分析 实验内容： （一）算术运算实验 写操作（置数操作） 拨动二进制数据开关向 DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下: 数据开关 (01100101) 三态门 寄存黠DRi (01100101J P 数据开关 （1010011C P 寄存器D曲 (101001

5、11) CEA=000 lddril LDDR1=O _ CEO LDDB2=0 LDDR2=1 SM=1 按单步键 按单步键 注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲 读操作（运算寄存器内容送总线） 首先关闭数据输入三态控制端 （SW-B=O），存储器控制端 CE保持为0,令 LDDR仁0、LDDR2=0，然后打开 ALU 输出三态门（CBA=010），置 M、SO、S1、S2、 S3为11111，再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容，若把 M、S0、S1、 S2、S3置为10101，再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容。 算术运算（不带进位加） 置CBA

6、=010 , CN、M、SO、S1、S2、S3状态为101001，按【单步】键，此时 数据总线单元应显示 00001100(0CH )。 (二)进位控制实验 进位控制运算器的实验原理如实验四图2-4-1 所示，其中 181的进位位进入 74LS74锁存器D端，该端的状态锁存受 AR和T4信号控制，其中 AR为进位位允许 信号，高电平有效；T4为时序脉冲信号，当 AR=1时在T4节拍将本次运算的进位结 果锁存到进位锁存器中，实现带进位控制实验。 (1) 进位位清零操作 在L”状态下，按动【复位】按钮，进位标志灯CY灭”，实现对进位位的清零操作。(当 进位标志灯亮”时，表示CY=1 )。 (2)

7、用二进制数据开关向 DR1和DR2寄存器置数 首先关闭 ALU输出三态门(CBA=000)、CE=0，开启输入三态门(SW-B=1)， 设置数据开关，向 DR1存入01010101(55H) ，向DR2存入(AAH)。操作步骤如下： 数据开共 L01010E k 三臺门 寺存器DKl (ciioiaioi) 数据幵关 cioiaioio) 寄存器UR2 (10101010) ruim-i LDDR1=O CE=a LDP整弋 5W-0=1 按单步键- 按单母電 注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲_ 验证带进位运算的进位锁存功能 关闭数据输入三态门 (SW-B=0)、C

8、E=0，使 CBA=010, AR=1，置 CN、M、S0、 S1、S2、S3的状态为101001 ，按【单步】键，此时数据总线单元显示的数据为DR1 加DR2，若进位标志灯 CY亮”表示有进位；反之无进位。 (三)逻辑运算实验 写操作(置数操作) 拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下： 数据开关 (31100101) 三态门 寄存器DR1 (01100101) 数据开关 aoioonc k 寄存器D腔 (1010DH1) CBA=000 CE=O sr-B=i LDDR1=1 一按单步髦 LDDR1=O LDDS2=1 按单步键 注：【单步】键的功能是启动时序电路产

9、生T1T4四拍单周期脉冲 读操作(运算寄存器内容送总线) 首先关闭数据输入三态控制端(SW-B=0)，存储器控制端CE保持为0 ,令 LDDR仁0、LDDR2=0 ，然后打开 ALU 输出三态门 (CBA=010)，置 M、S0、 51、 S2、S3为11111，再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容，若把 M、 S0、 S1、S2、S3置为10101 ，再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容。 (1)逻辑或非运算 逻辑或非运算的方法是置CBA=010 ，M、S0、S1、S2、S3状态为11000，按 【单步】键，此时数据总线单元应显示00011000( 18H )。 结果分析：

10、1. 算数运算试验中，进行写操作后，DR1、DR2分别显示数字65和A7。读操作 时，CBA是选择部件编码，当置于 010时代表选择运算器，并将其数据送往总线。之 后的操作分别将 DR1与DR2的内容送到总线上。算数运算时，当CN、M、S0、S1、 52、 S3分别置于101001时进行算数的A加B运算，并将结果显示到和数据总 线上，内容是 00001100 ( 0C)。 2. 进位控制实验中，在“ L”状态下按动【复位】按钮，进位标志灯CY灭。同样 的方法对DR1和DR2置数，分别是01010101（ 55H ）与（AAH ）。相加后，数据总 线显示（FFH），CY灯不亮，无进位。AR经过一

11、个或门后与 T4与，所以当AR=1时 才能带进位。 3. 逻辑运算实验中，给 DR1与DR2分别置数01100101、。或非运算时， 01100101+=,的非为 00011000（ 18H ）。 六、实验思考 验证7 4LS181的算术逻辑运算。 在给定DR1=65、DR2=A7的情况下，改变运算器的功能设置，按【单步】键，观 察运算器的输出，填入表格中，并和理论分析进行比较、验证。 DR1 DR2 S3 S2 S1 S0 M=0 （算术运算） M=1 （逻辑运算） CN=1 无进位 CN=0 有进位 65 A7 0 0 0 0 F= (65) F= (66) F= ( 9A) 65 A7

12、0 0 0 1 F= (E7) F= (E8) F= ( 18 ) 65 A7 0 0 1 0 F= (7D) F= (7E) F= ( 82) 0 0 1 1 F= (FF) F= (00) F= ( 00) 0 1 0 0 F= (A5) F= (A6) F= ( dA) 0 1 0 1 F= (27) F= (28) F= ( 58) 0 1 1 0 F= (bd) F= (bE) F= ( C2) 0 1 1 1 F= (3F) F=(40) F= (40) 1 0 0 0 F= (8A) F= (8D) F= ( BF) 1 0 0 1 F= (OC F= (Oc) F= ( 3b)

13、 1 0 1 0 F= (A2) F= (A3) F= (A7) 1 0 1 1 F= (24) F= (25) F= ( 25) 1 1 0 0 F= (CA) F= (cb) F= ( FF) 1 1 0 1 F= (4C) F= (4d) F= ( 7d) 1 1 1 0 F= (E2) F= (E3) F= ( E7) 1 1 1 1 F= (64) F= (65) F= ( 65) 附：74LS18 1逻辑 方式 M=1 （逻辑运算） M=0 （算术运算） S3 S2 S1 S0 CN=1 （无进位） CN=0（有进位） 0 0 0 0 F=/A F=A F=A 加 1 0 0 0

14、1 F=/ (A+ B) F=A+B F= (A+B)力口 1 0 0 10 F=/AB F=A+ /B F= (A+/B )加 1 0 0 11 F=0 F=M 1(2 的补) F=0 0 10 0 F=/(AB) F=A 加 A/B F=A 加 A/B 加 1 0 10 1 F=/B F= (A+ B)力口 A/B F= (A+B)加 A/B 加 1 0 110 F=/ (A B) F=A减B减1 F=A 减 B 0 111 F= A/B F= A/B 减 1 F= A/B 10 0 0 F=/A + B F=A 力口 AB F=A加AB加1 10 0 1 F=A B F=A 加 B F=

15、A加B加1 10 10 F=B F= (A+B 力口 AB F= (A+/B)加 AB加 1 10 11 F=AB F=AB 减 1 F=AB 110 0 F=1 F=A 加 A F=A加A加1 110 1 F=A+ /B F= (A+B 力口 A F= (A+B 力口 A 加 1 1110 F=A+B F= (A+/B)力口 A F= (A+/B )加 A 加 1 1111 F=A F=A 减 1 F=A 注：表中“ + ”表示逻辑或，表示逻辑异或，“/”表示逻辑非，“AB表示 逻辑与。 加法运算时，CY=1表示运算结果有进位，CY=O表示运算结果无进位。 七、实验总结 实验一主要验证 AL

16、U的算数与逻辑功能，通过本次实验基本掌握了组成原理实验 的一般步骤与主要细节，了解了ALU的使用方法，74LS181的组成原理，还有三态门 的作用，以及数据总线与一般部件的传输方式。 实验二通用寄存器实验 一、实验目的 1. 熟悉通用寄存器概念。 2. 熟悉通用寄存器的组成和硬件电路。 二、实验要求 完成3个通用寄存器的数据写入和读出。 三、实验原理 试验中所用的通用寄存器数据通路如图1-2-1所示。由三片8位字长74LS374组成 R0、R1、R2寄存器组成。三个寄存器的输入接口用一8芯扁平线连至总线接口，而三 个寄存器的输出接口用一 8芯扁平线连至 BUS总线接口。图R0-B、R1-B、R

17、2-B经CBA 二进制控制开关译码产生数据输出选通信号，LDR0、LDR1、LDR2为数据写入允许信 号，由二进制控制开关模拟，均为高电平有效；T4信号为寄存器数据写入脉冲，上升沿 有效。在手动实验状态（即“ L”状态）每按动一次【单步】命令键，产生一次T4信号。 图1-2-1通用寄存器单元电路 M 2D 29 ir :r 二进制开关单元 V4 A 30 金 273 1 20 晞C L 1D J 1 二进初开关单元 IJJ 表1-2-1通用寄存器单元选通真值表 C B A 选择 1 0 0 R0-B 1 0 1 R1-B 1 1 0 R2-B 四、实验连线 图 1-2-2 8.BI88I8.8

18、. I3EJ R0 R1 R2 曲 B5奇存器蛆 R6-E LDRfi Rl-B LORI R2-E LDR? 0*30*0 0*0 0*0 co T4 T3 T2 1 H- O序停 B.1时启 实验连线示意图 时输入 SW-B 按图1-2-2所示，连接实验电路: 总线接口连接：用 8芯片平线连接图 1-2-2中所有标明 L_”或图案的 总线接口。 按制线与时钟信号连接：用双头实验导线连接图 1-2-2中所有标明 或“，”图案的插孔。（注：Dais-CMH的时钟信号一座内部连接）。 五、实验内容及结果分析 实验内容： （一）通用寄存器的写入 拨动二进制开关向 R0和R1寄存器置数，具体操作如下： 数据开关 030000001) 三态门 寄存器RD 0Q0QQQ1) 数据开关 tiooooooo) 寄存器 (10000000) C0A=OOO_ LDRO =1- LDRO =0 CE=0 LDR1 =0 LDR1 =1 Sl-B=l LDR2 =0 LDR2 =0 冻単步髏 注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲 （二）通用寄存器的读出 关闭数据输入三态门（SW-B ），寄存器控制端CE=0，令LDR0=0、LDR1=0、 LDR2=0，分别打开通用寄存器 R0、R1、R2输出控制位