《计算机组成原理实验报告》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机组成原理实验报告(37页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、数学与计算机学院计算机组成原理实验报告课 程 名 称: 计算机组成原理实验 课 程 代 码: 年 级: 2012 级 专 业: 软件工程 姓 名: 吴海燕 指 导 教 师: 牟行军 完 成 地 点: 计算机组成原理实验室 完 成 日 期: 2102 年 6 月 6 日 20_13_学年至 20_14_学年度第_2 学期实验一 算术逻辑运算单元实验1、实验目的1. 掌握简单运算器的数据传输方式2. 掌握 74LS181的功能和应用2、实验要求完成不待进位位算术运算,逻辑运算实验。按照实验步骤完成实验项目,了解算术逻辑运算单元的运行过程。3、实验说明(1)ALU 单元实验构成(如图 3)1运算器由
2、 2片 74LS181构成 8位字长的 ALU单元22 片 74LS373作为 2个数据锁存器(DR1、DR2) ,8 芯插座 ALU-OUT作为数据输入端,可通过短 8芯扁平电缆,把数据输入端连接到数据总线上。3运算器的数据输出由一片 74LS244(输出缓冲器)来控制,8 芯插座 ALU-OUT作为数据输出端,可通过短 8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。图 3 算术逻辑单元布局图图 4 算术逻辑单元原理图(2)ALU 单元的工作原理(如图 4)数据输入锁存器 DR1的 EDR1为低电平,并且 D1CK有上升沿时,把来自数据总线上的数据打入锁存器 DR1。同样,使 EDR2为低电平,
3、并且 D2CK有上升沿时,把来自数据总线上的数据打入锁存器 DR2。算术逻辑运算单元的核心是由 2片 74LS181构成,它可以进行 2个 8位二进制数的算术逻辑运算,74LS181 的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现(S0、S1、S2、S3、M、CN) 。当实验者正确设置了 74LS181的各个控制信号,74LS181会运算数据锁存器 DR1、DR2 内的数据。由于 DR1、DR2 已经把数据锁存,只要 74LS181的控制信号不变,那么 74LS181的输出数据也不会发生改变。输出缓冲器采用 74LS244,当控制信号 ALU-O为低电平时,74LS244 导通,把74LS181的运
4、算结果输出到数据总线;ALU-O 为高电平时,74LS244 的输出为高阻。(3)控制信号说明信号名称 作用 有效电平EDR1 选通 DR1寄存器 低电平有效EDR2 选通 DR2寄存器 低电平有效D1CK DR1寄存器工作脉冲 上升沿有效D2CK DR2寄存器工作脉冲 上升沿有效S0S3 74LS181工作方式选择M 选择逻辑或者算术运算CN 有无进位输入CCK 进位寄存器的工作脉冲 上升沿有效ALU-O 74LS181计算结果输出至总线低电平有效4、实验步骤(1)逻辑或运算实验1把 ALU-IN(8 芯的盒型插座)与 CPT-B板上的二进制开关单元中 J1插座相连(对应二进制开关 H16H
5、23), 把 ALU-OUT(8 芯的盒型插座)与数据总线上的 DJ2相连。2把 D1CK和 D2CK用连线连到脉冲单元的 PLS1上,把 EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M 接入二进制开关(请按下表接线)信号定义 接入开关位号D1CK PLS1孔D2CK PLS1孔EDR1 H8孔EDR2 H7孔ALU-O H6孔CN H5孔M H4孔S3 H3孔S2 H2孔S1 H1孔S0 H0孔3按启停单元中的运行按钮,使实验机处于运行状态。4二进制开关 H16H23作为数据输入,置 33H(对应开关如下表)H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数
6、据总线值D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位数据0 0 1 1 0 0 1 1 33H置各控制信号如下:H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0EDR1 EDR26 ALU-O CN M S3 S2 S1 S00 1 0 1 1 1 1 1 05按脉冲单元中的 PLS1脉冲按键,在 D1CK上产生一个上升沿,把 33H打入 DR1数据锁存器,通过逻辑笔来测量确定 DR1寄存器(74LS373)的输出端,检验数据是否进入DR1中。6二进制开关 H16H23作为数据输入,置 55H(对应开关如下表) 。H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据
7、总线值D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位数据0 1 0 1 0 1 0 1 55H置各控制信号如下:H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0EDR1 EDR26 ALU-O CN M S3 S2 S1 S01 0 0 1 1 1 1 1 07按脉冲单元中的 PLS1脉冲按键,在 D2CK上产生一个上升沿,把 55H打入 DR1数据锁存器。$ 经过 74LS181的计算,把运算结果输出到数据总线上,数据总线上的 LED显示灯IDB0IDB7应该显示为 77H。(2)不带进位位加法运算实验1二进制开关 H16H23作为数据输入,置 33H(对应开关如下表) 。H23
8、H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据总线值D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位数据0 0 1 1 0 0 1 1 33H置各控制信号如下:H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0EDR1 EDR26 ALU-O CN M S3 S2 S1 S00 1 0 1 0 1 0 0 12按脉冲单元中的 PLS1脉冲按键,在 D1CK上产生一个上升沿,把 33H打入 DR1数据锁存器,通过逻辑笔来测量确定 DR1寄存器(74LS373)的输出端,检验数据是否进入DR1中。3二进制开关 H16H23作为数据输入,置 55H(对应开关如下表) 。H23 H
9、22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据总线值D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位数据0 1 0 1 0 1 0 1 55H置各控制信号如下:H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0EDR1 EDR26 ALU-O CN M S3 S2 S1 S01 0 0 1 0 1 0 0 14按脉冲单元中的 PLS1脉冲按键,在 D2CK上产生一个上升沿,把 55H打入 DR1数据锁存器。$ 经过 74LS181的计算,把运算结果输出到数据总线上,数据总线上的 LED显示灯IDB0IDB7应该显示为 88H。(3)实验作业与思考验证 74L S181的算术运
10、算和逻辑运算,在保持 DR1=65H、DR2=A7H 时,改变运算器的功能设置,观察运算器的输出,填写以下表格来进行分析和比较。M=0(算术运算)DR1 DR2 S3 S2 S1 S0CN=1 CN=0M=1逻辑运算65 A7 0 0 0 0 F=65H F=66H F=9AH65 A7 0 0 0 1 F=E7H F=E8H F=18H65 A7 0 0 1 0 F=7DH F=7EH F=82H65 A7 0 0 1 1 F=FFH F=0H F=0H65 A7 0 1 0 0 F=A5H F=A6H F=DAH65 A7 0 1 0 1 F=27H F=28H F=58H65 A7 0
11、1 1 0 F=BDH F=BEH F=C2H65 A7 0 1 1 1 F=3FH F=40H F=40H65 A7 1 0 0 0 F=8AH F=8BH F=BFH65 A7 1 0 0 1 F=0CH F=0DH F=3DH65 A7 1 0 1 0 F=C2H F=C3H F=A7H65 A7 1 0 1 1 F=24H F=25H F=25H65 A7 1 1 0 0 F=CAH F=CBH F=FFH65 A7 1 1 0 1 F=4CH F=4DH F=7DH65 A7 1 1 1 0 F=E2H F=E3H F=E7H65 A7 1 1 1 1 F=64H F=65H F=6
12、5H5、心得体会这是计算机组成原理的第一个实验,第一次接触,有点不知所措。后来根据书上的提示好不容易把线连完了,实验开始。刚开始不知道怎么操作,都是试探性的按照书上一步一步做,然后看结果是否和书上相符合。若是结果对了,我们才会继续往下做,否则我们就及时请教老师,弄清楚后继续操作。这次试验最有成就感的地方就是后面的课后作业与思考,我们把所有结果做出来了,虽然这个量有点大,但是只要会做了很快就根据灯的显示计算出结果。通过这次实验,使我对计算有了新的认识。实验二、 通用寄存器单元实验一、实验目的1了解通用寄存器的组成和硬件电路2利用通用寄存器实现数据的置数、左移、右移等功能二、实验要求按照实验步骤完
13、成实验项目,实现通用寄存器移位操作。了解通用寄存器的工作原理运用。三、实验说明(1)寄存器实验构成(如图 5)1通用寄存器由 2片 GAL构成 8位字长的寄存器单元。8 芯插座 RA-IN作为数据输入端,可通过端 8芯扁平电缆,把数据数据输入端连接到数据总线上。2数据输出由一片 74LS244(输出缓冲器)来控制。用 8芯插座 RA-OUT作为数据输出端,可通过端 8芯扁平电缆,把数据数据输出端连接到数据总线上。3判零和进位电路由 1片 GAL、1 片 7474和一些常规芯片组成,用 2个 LED(ZD、CY)发光管分别显示其状态。图 5 寄存器布局图(2)通用寄存器单元的工作原理(如图 6)
14、通用寄存器的核心部件为 2片 GAL,它具有锁存、左移、右移、保存等功能。各个功能都由 X1、X2 信号和工作脉冲 RACK来决定。当置 ERA=0、X0=1、X1=1,RACK 有上升沿时,把总线上的数据打入通用寄存器。可通过设置 X1、X0 来指定通用寄存器工作方式,通用寄存器的输出端 Q0Q7接入判零电路。LED(ZD)亮时,表示当前通用寄存器内数据为 0。输出缓冲器采用 74LS244,当控制信号 RA-O为低时,74LS244 开通,把通用寄存器内容输出到总线;当控制信号 RA-O为高时,74LS244 的输出为高阻。图 6 通用寄存器原理图(3)控制信号说明信号脉冲 作用 有效电平
15、X0、X1 74LS198的工作模式ERA 选通通用寄存器 低电平有效RA-O 通用寄存器内容输出至总线 低电平有效RACK 通用寄存器工作脉冲 上升沿有效M 在 ALU单元中作为逻辑和算术运算的选择。在本实验中决定是否带进位移位0带进位1不带进位四、实验步骤(一)数据输入通用寄存器1把 RA-IN(8 芯的盒型插座)与 CPT-B板上二进制开关单元中的 J1插座相连(对应二进制开关 H16H23) ,把 RA-OUT(8 芯的盒型插座)与数据总线上的 DJ6相连。2把 RACK连到脉冲单元的 PLS1,把 ERA、X0、X1、RA-0、M 接入二进制拨动开关。请按下表接线。信号定义 接入开关位号RACK PLS1孔X0 H12孔X1 H11孔ERA H10孔RA-O H9孔M H4孔3二进制开关 H16H23作为数据输入,置 42H(对应开关如下表)H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据总线值D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位数据0 1 0 0 0 0 1 0 42H置各控制信号如下:H12 H11 H10 H9 H4X0 X1 ERA RA-O M1 1 0 0 14按启停单元中的有效按钮,置实验机为运行状态。5按脉冲单元中的 PLS1脉冲按键,在 RACK上产生一个上升沿,把 42H打入通用寄存器。$ 此时数据总线