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1、计算机组成原理课程设计实验报告实验一一、实验名称验证 74LS181 运算和逻辑功能。二、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。三、实验原理ALU （算术逻辑单元）能进行多种算术运算和逻辑运算。一个4位的ALU74LS181运算功能发生器能进行16种算术运算和逻辑运算。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=/
2、(A+B)F=A+BF=(A+B)加 10 0 1 0F=(/A)BF=A+/BF=(A+/B)加 10 0 1 1F=0卩=负1F=00 1 0 0F=/(AB)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 ABF=A加AB加11 0 0 1F=/(A B)F=A 加 BF=A加B加11 0 1 0F=BF=(A+/B)加 ABF=(A+/B)加 AB 加 11 0
3、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）ALU74LS181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 SI SO运算选择控制S3 S2 SI SO决定电路执行哪一种算术A3 A2 Al A0运算数1，引脚3为最高位Cn最低位进入输入Cn=0有进位，Cn=1无进位Cn+4本片产生的
4、进位信号Cn+4=0有进位，Cn+4=1无进位F3 F2 Fl F0F3 F2 Fl F0运算结果，F3为最高位四、实验内容1、首先看懂 74LS181 各个引脚的功能U1A0F0A1F1A2F2A3F3B0CN4B1AEQBB2B3/PGSOS1S2S3CNMQ丄0-4 且Z74LS181N8 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）。四个控制端SO、SI、S2、S3,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控制芯片进行算术运算还是逻辑运算。FO、Fl、F2、F3是四个二
5、进制输 出端。c&V5ccv2、 画出4位ALU验证示意图;ccvcc孑TG - p BQEA4NC 3F 2F IF OF ccvA1A A B1B3 0 12 3 nL 81 02TI9 6512322QecaRQ =DEULB_XEJ lh _akhc_62U3UV5ccv3、 对实验数据进行验证：验证74LS181型4位ALU的逻辑算术功能，填写下表:S3 S2 S1 S0数据1数据2算术运算(M=0)逻辑运算(M=1)CN=1CN=00 0 0 0AH5HF=AHF=BHF=5H0 0 0 1AH5HF=FHF=0HF=0H0 0 10AH5HF=AHF=BHF=5H0 0 11AH
6、5HF=FHF=0HF=0H0 10 0FH1HF=DHF=EHF=EH0 10 1FH1HF=DHF=EHF=EH0 110FH1HF=DHF=EHF=EH0 111FH1HF=DHF=EHF=EH10 0 0FHFHF=EHF=FHF=FH10 0 1FHFHF=EHF=FHF=FH10 10FHFHF=EHF=FHF=FH10 11FHFHF=EHF=FHF=FH110 05H5HF=AHF=BHF=FH110 15H5HF=AHF=BHF=FH11105H5HF=4HF=5HF=5H11115H5HF=4HF=5HF=5H五、总结及心得体会此次实验通过一个简单运算器的形式，让我掌握电路
7、设计和分析的方法和能 力；清楚的明白了 74LS181 芯片各个引脚的功能，知道如何通过控制开关来进 行各种运算。这个实验也为我接下来进行实验二打下了坚实的基础。不至于在纷繁的电路 图中迷失方向，只有弄明白个个芯片的功能及如何控制，才会得出正确的结果。实验二一、实验名称运算器二、实验目的（1）熟练掌握算术逻辑单元的应用方法；（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。三、实验原理本实验仿真单总线结构的运算器，原理如图所示。电路图中，上右下三方的8条模拟8位数据总线；K8产生所需数
8、据；74244 层次块为三态门电路将部件与总线连接或断开，切忌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；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。四、实验内容（1）说明整个电路工作原理KOQ 4234 3 678 90IlliIIOIIOIIOtFFFF5678CIIOIIII1TU3UU6TOIIOIIII1T23U5OO8 L OI8G 4 OI8I 7丄1,11O2OO51I1 TOU4O67TIIOIIII1TU3UU6TO7IOIOIIOOKOQ _T
9、QoC2DiKon _42*IIOIIII1TUOUU6TO8IIOII67I?112IOOIIOIIII8IIOIIII8芯片 X1,X2 控制数据输入；左边的一组开关是控制各个模块的是否存储数 据；芯片 X6 和 X7 分别控制暂存工作寄存器 X3 和 X12 的数据输入； 显示器 U19与U20,U23与U24显示芯片X6, X7输出数据；显示器U21与U22,U25与 U26 显示暂存工作寄存器 X3 和 X12 的中储存的数据； X6、X7、X3、X12 构成 的模块的功能是存储即将运算的数据；芯片 X4 和 X8 作为通用工作寄存器是用 来存储数据,显示器 U27 与 U28,U3
10、1 与 U 32 显示芯片 X4, X8 中存储的数据； 芯片X5, X11是运算处理模块，通过控制右边的开关来控制由X3、X12输入的 数据进行各个运算；显示器 U29 与 U30 是用来显示数据运算结果的。（2）说明 74LS244N 的功能及其在电路中作用，及输入信号 G 有何作用；74LS244N 三态门电路，主要用于将部件与总线连接或断开，从而设置各个寄存器的值，切记总线只有一个输入；输入信号 G 是使能控制端，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；74LS273部件作为暂存工作寄存器，暂时保存要进行运算的信号。CLR的作 用
11、即清零，清除保存到该寄存器的信号。（4）说明 74LS374N 的功能及其在电路中作用，及输入信号 CLK 和 OC 的作用；74374部件作为通用寄存器GR1和GR2，在此电路中是保存和传送信号。 OC 的作用是 OUTPUT CONTROL 控制输出。（5）K8 产生如任意数据存入通用寄存器 GR1；通过双击与74LS273（0）相连的单脉冲，即把数据存入到了 GR1，并在相应 的 LED 上显示出来。（6）K8 产生如任意数据存入通用寄存器 GR2；同（ 5）。（7）完成 GR1+GR2-GR1；（8）GR1-GR2GR2；（9）GR1AGR2-GR1；（10）GR1VGR2GR2；（1
12、1）GR1 GR2GR1；(12 )GR1GR2；(13)GR2-GR1。运算公式数据S3 S2 S1 SOCNMGR1+GR2GR112+23=3510 0 110GR1-GR2GR232-23=120 11000GR1AGR2GR135A12=1010 11X1GR1VGR2GR210V12=121110X1GR1 GR2GR11012=020 110X1GR1GR202=FD0 0 0 0X1GR2GR1FD=020 10 1X1五、总结及心得体会这次实验的内容是简单运算器的设计和使用，本次实验室主要要求是掌握三 态门的使用和原理，掌握暂存工作寄存器 74LS273N 的原理和使用以及掌
13、握通用 寄存器74LS374的原理和运用。需要注意的是本次试验所用到的所有芯片的时钟 信号均是低电平有效的。需要强调的是任何时候数据总线上必须只有一个数据信 号。通过本次实验，我较为熟练地掌握了算术逻辑单元（ALU）的应用方法，并 且清楚的理解和掌握了简单运算器的数据传送原理，对于74LS273、74LS374和 74LS181这三块芯片也有了系统地掌握，一个最大的收获就是熟悉了如何创建子 电路和使用子电路。这为我进行实验三提供了宝贵经验。实验三一、实验名称乘法实现二、实验目的 本实验为开放性实验，根据原理图实现乘法的电路设计及运行。实现 4 位*4 位的乘法。三、实验原理 如图是实现原码一位乘法运算的基本硬件配置框图，根据改图用移位相加方 法实现乘法，自行选择器件设计电路并运行。原码一位乘法运算的基本硬件配置图0nS0XnGm加法器移位和加控制控制门计数器C
