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1、计算机组成原理课程实验报告9.3运算器组成实验姓 名： 曾国江学 号：系另牡 计算机工程学院班级： 网络工程1班指导老师：完成时间：评语：得分:9.3运算器组成实验一、实验目的1. 熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。2. 熟悉简单运算器的数据传送通路。3. 验证运算器74LS181的算术逻辑功能。4. 按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。二、实验电路LDRiT3ALUBUS#数据显示灯三态门（244）DBUS7DBUS0S3S2S1SOM DR1(273)DT2RD1RDOLDRi - -f - -xT3Cn+4F7 F6 F5 F4CnALU(181)A7 A6 A5 A4 R7 R6 R
2、5 R4F3 F2 F1 FOCn+4ALU(181)CnA3 A2 A1 A0 R3 R2 R1 R0LDDR2、T2/a DR2(273)R双端口通用寄存器堆RF（ispLSI1016）三态门（244）SW-RUS#Cn#RS1RS0WR1WR0数据开关（SW7-SW0）图3.1运算器实验电路图3.1示出了本实验所用的运算器数据通路图。参与运算的数据首先通过实验台操 作板上的八个二进制数据开关SW7-SW0来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆RF中。RF（U30）由一个ispLSI1016实现，功能上相当于四个8位通用寄存器，用于保存参 与运算的数据，运算后的结果也要送到RF中保存。双端口
3、寄存器堆模块的控制信号中, RS1、RS0用于选择从R端口（右端口）读出的通用寄存器，RD1、RD0用于选择从A端 口（左端口）读出的通用寄存器。而WR1、WR0用于选择写入的通用寄存器。LDRi是写 入控制信号，当LDRi = 1时，数据总线DRUS上的数据在T3写入由WR1、WR0指定的通 用寄存器。RF的A、R端口分别与操作数暂存器DR1、DR2相连；另外，RF的R端口通 过一个三态门连接到数据总线DRUS 上,因而RF中的数据可以直接通过R端口送到DRUS 上。DR1和DR2各由1片74LS273构成，用于暂存参与运算的数据。DR1接ALU的A输 入端口，DR2接ALU的B输入端口。A
4、LU由两片74LS181构成，ALU的输出通过一个三态 门（74LS244）发送到数据总线DBUS上。实验台上的八个发光二极管DBUS7-DBUS0显示灯接在DBUS上，可以显示输入数据 或运算结果。另有一个指示灯C显示运算器进位标志信号状态。图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，其中S3、S2、S1、SO、M、Cn#、LDDR1、 LDDR2、ALU_BUS#、SW_BUS#、LDRi、RS1、RSO、RD1、RDO、WR1、WRO 都是电位信号，在 本次实验中用拨动开关KOK15来模拟；T2、T3为时序脉冲信号，印制板上已连接到实 验台的时序电路。实验中进行单拍操作，每次只产生一组T1
5、、T2、T3、T4时序脉冲， 需将实验台上的DP、DB开关进行正确设置。将DP开关置1，DB开关置0,每按一次QD 按钮，则顺序产生T1、T2、T3、T4 一组单脉冲。三、实验设备1. TEC-5计算机组成实验系统1台2. 逻辑测试笔一支（在TEC-5实验台上）3双踪示波器一台（公用）4万用表一只（公用）四、实验任务1、按图3.1所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。由于运算器模块内部的连线已由印制板连好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号 模拟开关、与运算器模块的外部连线。注意：为了建立清楚的整机概念，培养严谨 的科研能力，手工连线是绝对必要的。2. 用开关SW7SWO向通用
6、寄存器堆RF内的ROR3寄存器置数。然后读出ROR3 的内容，在数据总线DBUS上显示出来。3. 验证ALU的正逻辑算术、逻辑运算功能。令 DR1=55H，DR2=0AAH，Cn#=1。在 M=0 和 M=1 两种情况下，令 S3S0 的值从 0000B 变到1111B，列表表示出实验结果。实验结果包含进位C,进位C由指示灯显示。注 意：进位C是运算器ALU最高位进位Cn+4#的反，即有进位为1,无进位为0。五、实验要求1.做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路及其功能特性，并熟悉本实验中所用 的模拟开关的作用和使用方法。2写出实验报告，内容是：（1）实验目的。（2）按实验任务3的要求，列表表
7、示出实验结果。（3）按实验任务4的要求，在表中填写各控制信号模拟开关值，以及运算结果值。六、实验步骤和实验结果（1）、实验任务2的实验步骤和结果如下：（假定RO=66H,R1=99H）1.置DP=1, DB=O,编程开关拨到正常位置。接线表如下：数据通路WR0WR1RS0RS1SW_BUS#RS_BUS#LDRi电平开关K0K1K2K3K3K5K62打开电源以下2条是将66H、99H分别写入RO、R13. 置 KO(WRO)=O，K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0, K5(RS_BUS#)=1, K6(LDRi)=1,SW7-SW0=66H.在DBUS上将观察到DBUS=66H.按
8、QD按钮将66H写入RO。4. 置 K0(WR0)=1,K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1，K6(LDRi)=1,SW7-SW0=99H.在DBUS上将观察到DBUS=99H.按QD按钮将99H写入R1。R0,拨动SW7-SW0开关如下：SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW001100110拨动数据通路开关如下:数据通路WR0WR1SW-BUS#RS-BUS#LDRi电平开关00011DBUS 观察情况：0110 0110按动QD,将66H数据写入R0。R1,拨动SW7-SW0开关如下:SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW010011
9、001拨动数据通路开关如下:数据通路WR0WR1SW-BUS#RS-BUS#LDRi电平开关10011DBUS 观察情况：1001 1001按动QD,将99H数据写入R1。以下2条是在DBUS总线上显示R0、R1的值5. 置 K2(RS0)=0, K3(RS1)=0, K4(SW_BUS#)=1, K5(RS_BUS#)=0, K6(LDRi)=0,在DBUS上将观察到DBUS=66H。6. 置 K2(RS0)=1, K3(RS1)=0, K4(SW_BUS#)=1, K5(RS_BUS#)=0, K6(LDRi)=0,在DBUS上将观察到DBUS=99H。显示R0数据通路RS0RS1SW-B
10、US#RS-BUS#LDRi电平开关00100DBUS 观察情况：0110 0110显示R1数据通路RS0RS1SW-BUS#RS-BUS#LDRi电平开关10100DBUS 观察情况：1001 1001(2)实验任务3的实验步骤和实验结果如下:1置DP=1, DB=O,编程开关拨开到正常位置。接线图如下:数据通路WR0WR1RD0RD1RS0RS1LDRi电平开关K0K1K2K3K4K5K6数据通路LDDR1LDDR2S0S1S2S3M电平开关K7K7K8K9K10K11K12数据通路ALU_BUS#SW_BUS#电平开关K13K14数据通路的信号Cn#接VCC。2接通电源以下2条是向R0写
11、入66H,向R1写入99H。3. 置 K0 (WPO) =0，K1 (WR1) =0，K6 (LDRi) =1，K13 (ALU_BUS#) =1，K14 (SW_BUS#) =0。设置SW7-SW0为66H，按下QD按钮，将66H写入到R0中。4. 置 K0 (WP0) =1，K1 (WR1) =0, K6 (LDRi) =1，K13 (ALU_BUS#) =1，K14 (SW_BUS#) =0。设置SW7-SW0为99H，按下QD按钮，将99H写入到R1中。R0数据开关SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW001100110数据通路数据通路WR0WR1SW-BUS#ALU-BUS#
12、LDRi开关名称K0K1K14K13K6电平开关00011按动QDR1数据开关SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW010011001数据通路数据通路WR0WR1SW-BUS#ALU-BUS#LDRi开关名称K0K1K14K13K6电平开关10011按动QD以下1条是将R0写入DR1,将R1写入DR2。5. 置 K2 (RDO) =0，K3(RD1)=0，K4 (RSO) =1，K5 (RS1) =0，K6 (LDRi) =0， K7(LDDR1 和 LDDR2)=1，按下 QD 按钮，将 R0 写入 DR1，将 R1 写入 DR2。这时 DR1=66H,DR2=99H。数据通路RD0
13、RD1RS0RS1LDRiLDDR1LDDR2开关名称K2K3K4K5K6K7K7电平开关0010011M=H (即：M=1)，逻辑运算部分6. 置 K6 (LDRi) =1，K7 (LDDR1 和 LDDR2) =0，K8 (S0) =0，K9 (S1) =0，K10 (S2) =0，K11 (S3) =0，K12 (M) =1，K13 (ALU_BUS#) =0，K14 (SW_BUS#) =1。在数据总线 DBUS上观察到逻辑运算结果99H。按下QD按钮，观察到进位C为0。7在其他开关设置都不变的情况下，只改变K8 (S0)，K9 (S1)，K10 (S2)，K11 (S3) 的设置，观察其他15种逻辑运算结果，并按下QD按钮，观察到进位C的变化。开关如下:数据通路LDRiLDDR1LDDR2MALU-BUS#SW-BUS#开关名称K6K7K7K12K13K14电平开关100101M=L (即：M=0),算术运算部分8.置 K6 (LDRi) =1, K7 (LDDR1 和 LDDR2) =1, K8 (SO) =0, K
