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1、计算机组成原理与接口技术课程设计实验报告学院： 计算机科学与工程 专业： 计算机科学与技术 班级： 计科二班 学号： 姓名： 指导老师： 评分：2016年12月28日实验一 验证74LS181运算和逻辑功能1、实验目的（1） 掌握算术逻辑单元（ALU）的工作原理；（2） 熟悉简单运算器的数据传送通路；（3） 画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；（4） 验证4位运算功能发生器(74LS181)组合功能。2、实验原理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。74ls181芯片介绍：该芯片总共由22个引脚，其中包括8个数据输入端（A0、A1、A2
2、、A3，B0、B1、B2、B3，其中八个输入端中A3和B3是高位），这八个都是低电平有效。还包括S0、S1、S2、S3这四个控制端，这四个控制端主要控制两个四位输入数据的运算，例如加、减、与、或。CN端处理进入芯片前进位值，M控制芯片的运算方式，包括算术运算和逻辑运算。F0、F1、F2、F3是四个二进制输出端，以一个四位二进制形式输出运算的结果。CN4记录运算后的进位。功能表如下：方式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10 0 0 1F=/(A + B)F=A + BF=(A + B
3、) 加10 0 1 0F=(/A ) BF=A + /BF=( A + /B )加10 0 1 1F=0F=负1（补码形式）F=00 1 0 0F=/(A B)F=A加A ( / B)F=A加A / B加10 1 0 1F=/BF=(A + B) 加A / BF=(A + B)加A / B加10 1 1 0F=A BF=A减B减1F=A减B0 1 1 1F=A/BF=A (/ B)减1F=A (/ B) 1 0 0 0F=/A +BF=A加A BF=A加A B加11 0 0 1F=/( A B)F=A加 BF=A加B加11 0 1 0F=BF=( A + /B )加A BF=( A + /B
4、)加A B加11 0 1 1F=ABF=AB减1F=AB1 1 0 0F=1F=A加 AF=A加 A加11 1 0 1F=A + /BF=(A + B) 加 AF=(A + B) 加 A加11 1 1 0F=A + BF=(A + / B) 加 AF=(A + / B) 加 A加11 1 1 1F=AF=A 减1F=A (上表中的“/”表示求反)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 S3 S1 S1运算选择控制S3 S3 S1 S1决定电路执行哪一种算术A3 A2 A1 A1运算数1，引脚3为最高位B
5、3 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本片产生的进位信号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3、实验内容 实验电路图：验证74LS181型4位ALU的逻辑算术功能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=AHF=BHF=5H0 0 0 1AH5HF=FHF=0HF=0H0 0 1 0AH5HF=AHF=BHF=5H0 0 1 1AH5HF=FHF=0HF
6、=0H0 1 0 0FH1HF=DHF=EHF=EH0 1 0 1FH1HF=DHF=EHF=EH0 1 1 0FH1HF=DHF=EHF=EH0 1 1 1FH1HF=DHF=EHF=EH1 0 0 0FHFHF=EHF=FHF=FH1 0 0 1FHFHF=EHF=FHF=FH1 0 1 0FHFHF=EHF=FHF=FH1 0 1 1FHFHF=EHF=FHF=FH1 1 0 05H5HF=AHF=BHF=FH1 1 0 15H5HF=AHF=BHF=FH1 1 1 05H5HF=4HF=5HF=5H1 1 1 15H5HF=4HF=5HF=5H4、总结及心得体会本实验通过一个设计一个简
7、单的运算器，使我熟悉了Multisim软件的一些基本操作方法，并掌握了一些简单的电路设计与分析的能力，并对我做下一个运算器的实验有一定的帮助。因为是之前实验课做过的实验，再次做起来过程比较流畅，没有遇到什么大的问题，实验的测试结果与预期的一致。该芯片总共由22个引脚，其中包括8个数据输入端（A0、A1、A2、A3，B0、B1、B2、B3，其中八个输入端中A3和B3是高位），这八个都是低电平有效。还包括S0、S1、S2、S3这四个控制端，这四个控制端主要控制两个四位输入数据的运算，例如加、减、与、或。CN端处理进入芯片前进位值，M控制芯片的运算方式，包括算术运算和逻辑运算。F0、F1、F2、F3
8、是四个二进制输出端，以一个四位二进制形式输出运算的结果。CN4记录运算后的进位。其中AEQB、P和G 这三个端口与本实验无关，所以这里不做额外介绍。实验二 运算器（2）1、实验目的（1） 熟练掌握算术逻辑单元（ALU）的应用方法；（2） 进一步熟悉简单运算器的数据传送原理；（3） 画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；（4） 熟练掌握有关数字元件的功能和使用方法。（5） 熟练掌握子电路的创建及使用。2、实验原理本实验仿真单总线结构的运算器，原理如图2-2所示。相应的电路如图2-3所示。电路图中，上右下三方的8条线模拟8位数据总线；K8产生所需数据；74244层次块为三态门电路，将部件与总线连接
9、或断开，切记总线上只能有一个输入；两个74273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，如果可能的话可设计4个或8个通用寄存器）；众多的开关作为控制电平或打入脉冲；众多的8段代码管显示相应位置的数据信息；核心为8位ALU层次块。单总线结构的运算器示意图3、实验内容在Multisim画出电路图并仿真8BIT_ALU_BLOCK74244_BLOCK74ls273_BLOCK74374_BLOCKK8_BLOCK运算器示意图完成下列操作：（1） 说明整个电路工作原理。答：同上文实验原理。（2） 说明74LS
10、244N的功能及其在电路中作用，及输入信号G有何作用；答：74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器，没有锁存的功能，是一个暂存器，它根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。在电路中在部件与总线之间起开关作用，信号G为低电平有效。（3） 说明74LS273N的功能及其在电路中作用，及输入信号CLK有何作用；答：74LS273是一种带清除功能的8D触发器， 1D8D为数据输入端，1Q8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作数据锁存器,地址锁存器。在电路中作为数据锁存器，输入信号CLK上跳沿触发工作。（4） 说明74LS374N的功能及其在电路中作用，及输入信号CLK和OC有
11、何作用；答：74LS374为具有三态输出的八D边缘触发器。在电路中寄存数据，CLK上跳沿触发工作，OC为低电平时连接，OC为高电平时断开。（5） K8产生任意数据存入通用寄存器GR1。答：在运算器电路图中将左边的开关全置为1，右边X7的G信号也置为1，使所有模块断开。在K8层次块中通过调节开关在总线上产生数据，将与K8相连的X2的信号G置为0，使数据输出。将寄存器GR1的OC端和CLK端置为0，再将CLK置为1，使总线上的数据存入通用寄存器GR1。（6） K8产生任意数据存入通用寄存器GR2。答：与（5）操作相同，将GR1的OC端和CLK端改为GR2的OC端和CLK端即可。（7） 完成GR1+
12、GR2GR1。答：将X2的G信号置为1，将X10和X6的G信号置为0，使GR1的数据存入暂存器X6，将X3的CLK端置0再置1，使数据存入锁存器X3存起来，并将X10和X6的G信号置1。用类似操作将GR2的数据存入锁存器X11存起来。再将X7的G端口置0，将S0S3置为1、0、0、1，M端置为0，CN端置为1，使X3和X11里面的数据相加存入X7。将X7的G信号置为0，使数据传入主线。将GR1的OC端置0，CLK端置0在置1，将总线上的数据传入GR1。（8） 完成GR1-GR2GR2。答：与（7）操作基本相同，将S0S3置为1、0、0、1，M端置为0，CN端置为1改为将S0S3置为0,1,1,
13、0，M端和CN端也置为0。（9） 完成GR1GR2GR1。答：与（7）操作基本相同，将S0S3置为1、0、0、1，M端置为0，CN端置为1改为将S0S3置为1,1,0,1，M端置为1。（10） 完成GR1GR2GR2。答：与（7）操作基本相同，将S0S3置为1、0、0、1，M端置为0，CN端置为1改为将S0S3置为0,1,1,1，M端置为1。（11） 完成GR1GR2GR1。答：与（7）操作基本相同，将S0S3置为1、0、0、1，M端置为0，CN端置为1改为将S0S3置为0,1,1,0，M端置为1。（12） GR1GR2。（“”表示逻辑非运算）答：基本操作与上面相同，但只传GR1的数据。将S0S3置为1、0、0、1，M端置为0，CN端置为1改为将S0S3置为0,0,0,0，M端置为1。使GR1传入X7，将X7的G信号置为0，使数据传入主线。将GR2的OC端置0，CLK端置0在置1，将总线上的数据传入GR2。（13） GR2GR1。答：与（12）操作基本相同，将GR1改为GR2即可。4、总结及心得体会通过本实验我学会了自定义各种层次模块，弄清楚了74LS244、74LS273、74LS374等数字元件的基本功
