姓名
学号1005170419
班级计本1004班
年级10级
导师魏晋雁
西安财经信息学院
计算机组成原理实验报告
实验名称运算器实验、通用寄存器实验、移位寄存器实验
2011/11/29、2011/12/22、2011/12/6
实验一运算器实验
1、实验目的
1.掌握简单操作员的数据传输方法。
2.验证运算功能发生器(744)LS181)及进位控制的组合功能。
二、实验要求
完成算术运算实验和逻辑运算实验，了解算术逻辑单元的应用。
三、实验原理
实验中使用的计算器数据通路如下图所示，其中计算器由两片74组成LS8位字长以并/串的形式形成ALU。
运算器的输出通过三态门(73LS245)以8芯平线的形式连接到数据总线，运算器的两个数据输入端分别由两个锁定器(744LS273)锁定，锁定器的输入也与数据总线连接，数据显示灯(BUSUNIT)已连接到数据总线，以显示数据总线的内容。
图11运算器原理图
图中T2、T4通过连接时序启停单元时钟信号获得时序电路产生的节拍脉冲信号，其余为电平控制信号。在实验过程中，首先按下实验装置右中侧的复位按钮，使系统进入初始待命状态LED显示器闪闪动位出现P在状态下，按下增址命令键LED显示器从左到右切换到提示符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、ALUB、SWB、S3、S2、S1、S0、CN、M各电平控制信号用于LED模拟显示器上方的26进位二进制开关，均为高电平有效。
四、实验连线
图112实验连线示意图
如上图所示，连接实验电路：
①总线接口连接：用8芯片平线连接图中所有标有或图案的总线接口。
②按制线与时钟信号连接：用双头试验导线连接图中所有标有或图案的插孔。
五、实验内容及结果分析
实验内容：
(一)算术运算实验
⑴写作操作(置数操作)
拨动二进制数据开关DR1和DR2.具体操作步骤如下：
注：单步键的功能是启动时间电路T1~T四拍单周期脉冲
⑵读取操作(运算寄存器内容发送总线)
首先关闭数据输入三态控制端(SWB=0)，存储器控制端CE保持为0，令LDDR1=0、LDDR2=0，
然后打开ALU输出三态门(CBA=010)，置M、S0、S1、S2、S3为11111，然后按单步键显示数据总线单元DR如果把1的内容M、S0、S1、S2、S3位于10101，然后按单步键显示数据总线单元DR2的内容。
⑶算术运算(无进位加)
置CBA=010，CN、M、S0、S1、S2、S3状态为101001，按【单步】键，此时数据总线单元应显示00001100(0CH)。
(2)进位控制实验
进位控制计算器的实验原理如实验四图241所示，其中181进位74LS74锁定器D端，锁定端状态AR和T其中4信号控制AR允许进位信号，高电平有效；T当是时序脉冲信号AR=1时在T4节拍将进位结果锁定在进位锁存器中，实现带进位控制实验。
(1)进位清零操作
在“L状态下，按复位按钮，进位标志灯CY灭，实现进位清零操作。(当进位标志灯亮时，表示CY=1)。
(2)用二进制数据开关DR1和DR2寄存器置数
首先关闭ALU输出三态门(CBA=000)、CE=打开输入三态门(SWB=1)设置数据开关DR1存入01010101(55H)，向DR2存入10101010(AAH)。操作步骤如下：
注：单步键的功能是启动时间电路T1~T四拍单周期脉冲
⑶验证带进位运算进位锁的功能
关闭数据输入三态门(SWB=0)、CE=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DR若进位标志灯CY亮表示有进位；相反，没有进位。
(三)逻辑操作实验
⑴写作操作(置数操作)
拨动二进制数据开关DR1和DR2.具体操作步骤如下：
注：单步键的功能是启动时间电路T1~T四拍单周期脉冲
⑵读取操作(运算寄存器内容发送总线)
首先关闭数据输入三态控制端(SWB=0)，存储器控制端CE保持为0，令LDDR1=0、LDDR2=0，然后打开ALU输出三态门(CBA=010)，置M、S0、S1、S2、S3为11111，然后按单步键显示数据总线单元DR如果把1的内容M、S0、S1、S2、S3置为10101。
然后按单步键，显示数据总线单元DR2的内容。
(1)逻辑或非操作
逻辑或非操作的方法是放置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：
1.在算数运算试验中，写作后，DR1、DR分别显示数字65和数字65A7。读操作时，CBA在010时代，选择部件编码，并将数据发送到总线。分别进行后续操作DR1与DR2内容发送到总线。计算时，当CN、M、S0、S1、S2、S101001时分别计算A加3B将结果显示在数据总线上，内容为0001100(00)C)。
2.进位控制实验。
在“L按下状态复位按钮，进位标志灯CY灭绝。同样的方法是对的DR1和DR2分别是01010101(55H)与10101010(AAH)。相加后，数据总线显示11111111(FFH)，CY灯不亮，无进位。AR经过一个或门后跟T4与，所以当AR=1点带进位。
3.给出逻辑运算实验DR1与DR2分别置数01100101、1010111。或者0110101 10100111=11100111,11100111的非为00011000(18H)。
六、实验思维
验证74LS181的算术逻辑运算。
在给定DR1=65、DR2=A按单步键更改计算器的功能设置。
观察运算器的输出，填写表格，并与理论分析进行比较和验证。
DR1
DR2
S3S2S1S0
M=0(算术操作)
M=1
(逻辑操作)
CN=1
无进位
CN=0
有进位
65
A7
0 0 0 0
F=(65)
F=(66)
F=(9A)
65
A7
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=(Od)
F=(3b)
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：74LS181逻辑
方式
M=1
(逻辑操作)
M=0(算术操作)
S3S2S1S0
CN=1(无进位)
CN=0(有进位)
0 0 00
F=/A
F=A
F=A加1
0 0 0 1
F=/(A＋B)
F=A+B
F=(A+B)加1
0 0 1 0
F=/AB
F=A＋/B
F=(A+/B)加1
0 0 1 1
F=0
F=减1(2的补)
F=0
0 1 0 0
F=/(AB)
F=A加A/B
F=A加A/B加1
0 1 0 1
F=/B
F=(A＋B)加A/B
F=(A+B)加A/B加1
0 1 1 0
F=/(A⊕B)
F=A减B减1
F=A减B
0 1 1 1
F=A/B
F=A/B减1
F=A/B
1 0 0 0
F=/A＋B
F=A加AB
F=A加AB加1
1 0 0 1
F=A⊕B
F=A加B
F=A加B加1
1 0 1 0
F=B
F=(A+B)加AB
F=(A+/B)加AB加1
1 0 1 1
F=AB
F=AB减1
F=AB
1 1 0 0
F=1
F=A加A
F=A加A加1
1 1 0 1
F=A＋/B
F=(A+B)加A
F=(A+B)加A加1
1 1 1 0
F=A+B
F=(A+/B)加A
F=(A+/B)加A加1
1 1 1 1
F=A
F=A减1
F=A
注：①表中“＋”表示逻辑或。
“⊕”表示逻辑异或，“／”表示逻辑非，“AB”表示逻辑与。
②加法运算时，CY=1表示运算结果有进位,CY=0表示运算结果无进位。
七、实验总结
实验一主要验证ALU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121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R0B、R1B、R2B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121通用寄存器单元电路
表121 通用寄存器单元选通真值表
C
B
A
选择
1
0
0
R0B
1
0
1
R1B
1
1
0
R2B
4、实验连线
图122实验连线示意图
按图122所示。
连接实验电路：
①总线接口连接：用8芯片平线连接图122中所有标明“”或“”图案的总线接口。
②按制线与时钟信号“”连接：用双头实验导线连接图122中所有标明“”或“”图案的插孔。(注:DaisCMH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：
注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲
(二)通用寄存器的读出
关闭数据输入三态门(SWB)，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，置CBA=100时。
按【单步】键，数据总线单元显示r0中的数据01H；置CBA=101时，按【单步】键。数据总线单元显示R1中的数据80H；置CBA=110时，按【单步】键，数据总线单元显示R2中的数据(随机)。
结果分析：
执行写操作后，R0与R1分别显示00000001和10000000，读操作则分别把R0、R1的内容送到数据总线上，R2显示FF(随机数)。CBA=100时，选择将R0中的内容送往总线，CBA=101时选择R1，CBA=110时选择R2。
6、实验总结
通过本次实验，使我对CBA(部件选择编码有了更深刻的记忆)，同时加深了对74LS374寄存器组成的认识。学会了如何进行写入读出操作。
实验三移位寄存器实验
一、实验目的
1。
了解位移寄存器的硬件电路，验证位移控制与寄存的组合功能。
2.利用寄存器进行数据传输。
二、实验要求
实现寄存器位移操作，了解通用寄存器的运用。
三、实验原理
图131带进位移位寄存器电原理图
上图所示，使用了一片74LS299作为移位发生器，其中8位输入/输出端以8芯扁平线连接形式和总线接口连接。299B信号其使能端(0有效)，T4为时序节拍脉冲，实验时按【单步】命令键产生。由S0、S1、M控制信号设置其运行状态，器控制特性列表如下：
299B
S1
S0
M
功 能
0
0
0
任意
保持
0
1
0
0
循环右移
0
1
0
1
带进位循环右移
0
0
1
0
循环左移
0
0
1
1
带进位循环左移
任意
1
1
任意
装数
表131
说明：令CBA=011时表中299B=0。
四、实验连线
图132实验连线示意图
按图132所示，连接实验电路：
①总线接口连接：用8芯片平线连接图132中所有标明“”或“”图案的总线接口。
②按制线与时钟信号“”连接：用双头实验导线连接图132中所有标明“”或“”图案的插孔。(注:DaisCMH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)移位寄存器置数
首先置CBA=000，然后按下面所列流程图操作：
数据开关
(00000011)
三态门
置数
(00000011)
三态门
注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲
CBA=000S0=1CBA=011
CE=0S1=1CE=0
SWB=1按单步键SWB=0
(二)寄存器移位
首先置CBA=011(299B=0)、SWB、CE=0。