计算机组成原理专业课程设计实验报告.doc

计算机组成原理课程设计试验汇报学院：计算机科学和工程学院专业：计算机科学和技术班级：计算机二班学号：姓名：评分：6月23日试验一 验证74LS181运算和逻辑功效一、试验目标：1、掌握算术逻辑单元（ALU）工作原理；2、熟悉简单运算器数据传送通路；3、画出逻辑电路图及布出美观整齐接线图；4、验证4位运算功效发生器（74LS181）组合功效。二、试验原理：1、ALU能进行多个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。功效表以下： 方法M=1 逻辑运算 M=0 算术运算S3 S2 S1 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=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“/”表示求反)2、具体示例功效解析（1）A、S、D、F键分别控制U1单元输入，经过选择高低电平，输入四位二进制数，在U1单元显示为一位十六进制数，比如：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键分别控制U2单元输入；（2）Z、X、C、V键分别作为74LS181NS0、S1、S2、S3运算选择控制端开关，实现决定电路实施哪一个运算；（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 决定电路实施哪一个算术A3 A2 A1 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、试验内容：图2：4位74LS181电路验证图如上图所表示，M=0，进行算术运算，CN=1，表示无进位，、分别为，所以对应运算为：加，由此可见试验结果正确。图3：4位74LS181电路验证图如上图所表示，M=，进行算术运算，、分别为，所以对应运算为：，由此易知试验结果正确。图4：4位74LS181电路验证图如上图所表示，M=0，进行算术运算，CN=，表示有进位，、分别为，所以对应运算为：加加，由此易知试验结果正确。综上验证74LS181型4位ALU逻辑算术功效，列出结果以下表：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)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(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：经过试验一“验证74LS181运算和逻辑功效”，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接线图，根据试验要求进行多种操作，熟悉了简单运算器数据传送通路，掌握了算术逻辑单元工作原理，使我对专业知识有了更深了解，也激发了我对学习爱好，从中积累了宝贵实践操作经验。当然在试验中，我也碰到了很多问题，比如对算术运算下有进位运算一直不能了解它是怎样进行，“为何会自动加”，而有不会，经过翻阅教材，和同学讨论和上网查阅资料，也只是初步了解了。又如，位怎样扩展为位，甚至是位，即使努力了，不过终究没有达成预想效果，因为时间有限，我也只能在以后学习实践中去寻求理想答案了。总而言之，试验一是一个入门级试验，经过它为试验二打下了坚实基础，所以从中我收益匪浅。试验二 运算器一、试验目标：、熟练掌握算术逻辑单元（ALU）应用方法；、深入熟悉简单运算器数据传送原理；、画出逻辑电路图及布出美观整齐接线图；、熟练掌握相关数字元件功效和使用方法；、熟练掌握子电路创建及使用。二、试验原理：本试验仿真单总线结构运算器，原理图5，对应电路图6。电路图中，上右下三方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，假如可能话可设计4个或8个通用寄存器）；众多开关作为控制电平或打入脉冲；众多8段代码管显示对应位置数据信息；关键为8位ALU层次块。通 用寄存器ABALU图5：单总线结构运算器示意图三、试验内容：在Multisim画出电路图并仿真，完成以下操作。1.说明整个电路工作原理。答: K8产生所需数据，打开74LS244层次块三态门电路,将产生数据输入总线，将数据存入74LS374层次块作为通用寄存器组GR1和GR2；经过其它 74LS244开关，将通用寄存器里数据放到74LS273层次块作为暂存工作寄存器DR1和DR2中；将DR1和DR2中数据经过关键8位ALU层次块运算，将结果又保留到GR1或GR2中。众多开关作为控制电平或打入脉冲；众多8段代码管显示对应位置数据信息；2.说明74LS244N功效及其在电路中作用，及输入信号G有何作用；答：74LS244层次块为三态门电路，在电路中将部件和总线连接或断开，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74LS273N功效及其在电路中作用，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功效及其在电路中作用，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，另含有三态门作用。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GR2。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GR1GR2GR1。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.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：经过试验二，我比较深刻地了解了运算器原理，知道了怎样将数据存入通用寄存器，怎样将通用寄存器中数据经过总线传入暂存寄存器，怎样将其输入运算器进行运算等等。此次试验，最关键一点就是“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，只许可其中一个三态门置于导通状态，这么才能确保总线要求，不然将出现部分问题，比如总线输出不是K8中设置值，这可能是这些数据参与了某种运算后结果，这也是试验成功是否关键。在试验过程中，刚开始时候，运算器看上去连线均没错，不过数据总线不是显示红色，所以不管怎样全部不能正常显示数据，经过不段尝试，最终发觉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，十分感谢老师悉心指导，不过还有很多疑问没有处理，在以后学习过程中，尤其是计算机专业学习中能够更深入地了解，从而达成熟练应用目标！