计算机组成原理运算器实验.doc

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1、成绩：　　计算机原理实验室实验报告课程：计算机组成原理姓名：袁通专业：软件工程学号：152056136日期：2017年6月太原工业学院计算机工程系实验一：运算器实验实验环境PC机＋Win2007（旗舰版＋proteus仿真器实验日期2017.6.6一．实验内容[基本要求]1.熟悉proteus仿真系统2.设计并验证4位算数逻辑单元的功能[扩展要求]1.实现8位二进制算数逻辑单元[思考内容]思考单总线，双总线和三总线结构在设计上的异同二．理论分析或算法分析（1）理论分析：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，功能表如下所示：工作选择逻辑

2、运算（M=1）算术运算（M=0）S3S2S1S0逻辑运算CN=1（无进位）CN=0（有进位）0000F=/AF=AF=A加10001F=/(A+B)F=(A+B)F=(A+B)加10010F=(/A)BF=A+/BF=(A+/B)加10011F=0F=负1（补码形式）F=00100F=/(AB)F=A加A(/B)F=A加A/B加10101F=/BF=(A+B)加A/BF=(A+B)加A/B加10110F=A⊕BF=A减B减1F=A减B0111F=A/BF=A(/B)减1F=A(/B)1000F=/A+BF=A加ABF=A加AB加11001F=/(A⊕B)F=A加BF=A加B加11010F=

3、BF=(A+/B)加ABF=(A+/B)加AB加11011F=ABF=AB减1F=AB1100F=1F=A加AF=A加A加11101F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加11110F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11111F=AF=A减1F=A（2）基本要求和扩展要的主要区别：基本只利用了一个74ls181，由A和B两个操作数，实现基本的4位2进制数的运算。而扩展要求使用了2个74ls181，1个位AB操作数的第四位第2个是AB操作数的高四位，低位芯片的进位输出端Cn+4与高位芯片的进位输入端Cn相连，使低4位运算产生的进位送进高4位运算中。实现8位二进数的

4、16中操作。三．实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等）（1）设计并验证4位算数逻辑单元的功能：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。S3S2S1S0运算选择控制S3S2S1S0决定电路执行哪一种算术A3A2A1A0运算数1，引脚3为最高位B3B2B1B0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；F3F2F1F0F3F2F1F0运算结果，F3为最高位（2）74LS181的A3A2A1A0，B3B2B

5、1B0作为输入端口，分别输入二进制数值，然后用运算选择控制端口S3S2S1S0来选择执行什么操作，通过改变控制端口的操作来观察输出结果的不同。（3）实现输入输出锁存输入设备数据开关经一个三态门（74LS273）和数据总线相连。输出设备经一锁存器（74LS273）实现，盖锁存起的输入端和数据总线相连，输出端以二进制的形式输出结果。实验电路如下图所示：四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等）（一）1.基本实验验证74LS181型4位ALU的逻辑算术功能，填写下表(下表中的“/”表示求反)：S3S2S1S0A3A2A1A0B3B2B1B0算术运算（

6、M=0）逻辑运算（M=1）CN=1(无进位)CN=0(有进位)100100011001F=A加B（图1）F=A加B加1（图2）F=/(A⊕B)（图3）图1图2图32.扩展实验扩展电路图：S0S1S2S3数据A数据B算术运算（M=0）逻辑运算（M=1）CN=1(无进位)CN=0(有进位)10010001100100011001F=00110010（图1）F=00110011（图2）F=11111111（图3）实验结果验证图1图2图3（二）思考问题：思考单总线，双总线和三总线结构在设计上的异同1.单总线结构：只有一条系统总线，所有部件通过系统总线接入。各大部件都连接在单一的一组总线上，故将这个

7、单总线称为系统总线。2.双总线结构：在单总线的基础上增加一条专用于CPU和主存之间的数据传送通路。这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，但又在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过专用总线与存储器交换信息，减轻了系统的负担。3.三总线结构：在双总线系统的基础上增加I/O总线形成的。其中，系统总线是CPU、主存和通道（IOP）之间进行数据传送的公共通道，而I/O总线是多个外部设备与通道之间进行