计算机组成原理运算器实验Word格式.docx

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太原工业学院

计算机工程系

实验一:

运算器实验

实验环境

PＣ机＋Wｉn20０７（旗舰版+ｐroteｕｓ仿真器

实验日期

２017.6.6

1．实验内容

[基本要求］

1.熟悉proteus仿真系统

2.设计并验证4位算数逻辑单元的功能

［扩展要求]

1.实现8位二进制算数逻辑单元

[思考内容]

思考单总线,双总线和三总线结构在设计上的异同

2．理论分析或算法分析

（1）理论分析:

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,功能表如下所示:

工作选择

逻辑运算（M=1）

算术运算（M=0）

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（补码形式）

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

1100

F=1

F=A加A

F=A加A加1

1101

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减1

（2）基本要求和扩展要的主要区别:

　基本只利用了一个７4ｌs18１,由A和B两个操作数,实现基本的４位2进制数的运算。

而扩展要求使用了2个74lｓ181,1个位AＢ操作数的第四位第２个是AB操作数的高四位，低位芯片的进位输出端Ｃｎ+4　与高位芯片的进位输入端Cn相连,使低４位运算产生的进位送进高4位运算中。

实现8位二进数的16中操作。

三.实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等）

（1）设计并验证4位算数逻辑单元的功能：

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。

S3S2S1S0运算选择控制

S3S2S1S0决定电路执行哪一种算术

A3A2A1A0

运算数1，引脚3为最高位

B3B2B1B0

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；

F3F2F1F0

F3F2F1F0运算结果，F3为最高位

（２）74ＬS１81的A3A2A1　A0,Ｂ3B2B1　B0作为输入端口,分别输入二进制数值，然后用运算选择控制端口S3S2　S1S0来选择执行什么操作，通过改变控制端口的操作来观察输出结果的不同。

（3）实现输入输出锁存

输入设备数据开关经一个三态门（７４ＬS273）和数据总线相连。

输出设备经一锁存器（74ＬS２73）实现,盖锁存起的输入端和数据总线相连，输出端以二进制的形式输出结果。

实验电路如下图所示：

四.实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等）

（一）

1.基本实验

验证74LS18１型4位AＬU的逻辑算术功能，填写下表（下表中的“／”表示求反）：

S3S2

S1S0

A3A2A1A0

B3B2B1B0

（M=1）

1001

0001

F=A加B（图1）

F=A加B加1（图2）

F=/（A⊕B）（图3）

图1

图2

图3

2.扩展实验

扩展电路图:

S0S1

S2S3

数据A

数据B

F=00110010

（图1）

F=00110011

（图2）

F=11111111

（图3）

实验结果验证

图１

图２

（2）思考问题:

思考单总线，双总线和三总线结构在设计上的异同

　1.　单总线结构：

只有一条系统总线，所有部件通过系统总线接入。

各大部件都连接在单一的一组总线上,故将这个单总线称为系统总线。

　2．双总线结构：

在单总线的基础上增加一条专用于ＣPU和主存之间的数据传送通路。

这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点,但又在CＰU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线,使CＰＵ可通过专用总线与存储器交换信息,减轻了系统的负担。

3.　三总线结构：

在双总线系统的基础上增加I/O总线形成的。

其中,系统总线是CPU、主存和通道（IOP）之间进行数据传送的公共通道，而I/Ｏ总线是多个外部设备与通道之间进行数据传送的公共通道。

5．结论

　通过这次实验的完成,我学会了系统的应用,以及怎样绘制一个74LＳ181的寄存器,从而在寄存器中实验算数运算的过程。

完成了本次实验要求的设计并验证了４位算数逻辑单元、实现输入输出锁存、实现８位算数逻辑单元的实验内容。

　虽然这是计算机组成原理的第一个实验,但是经过老师的示范基本熟悉了整个实验系统的基本结构,了解了寄存器的添加和绘制,最重要的是通过实验掌握了运算器工作原理,熟悉了算术/逻辑运算的运算过程以及控制这种运算的方法。

经过了这次实验的认真学习相信在下一次的实验中会更加顺利的。