实验报告计组.docx

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实验报告计组

姓名

学号1305500

班级网络1302班

年级网络13级

指导教师魏晋雁

西安财经学院信息学院

《计算机组成原理及系统结构》实验报告

实验名称运算器实验、通用寄存器实验、移位寄存器实验

实验室实验楼418实验日期2014-11-20、2014-11-25、2014-11-27

实验一运算器实验

一、实验目的

1.掌握简单运算器的数据传输方式。

2.验证运算器功能发生器（74LS181）及进位控制的功能组合。

3.完成不带进位及带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑运算单元的运用。

二、实验原理

图1

二进制开关单元中SW-B连接1/8的D触发器，当SW-B为高电平时，机器将会将数据开关中的数据传送至数据总线。

开关单元中的LDDR1和LDDR2连接的分别是1/8的D触发器，当LDDR1为1时，与R1与门连接的273会将R1的数据传送到运算单元中，当LDDR2为1时，与R2连接的273将会将R2数据送至运算单元。

开关中的M、S0、S1、S2、S3连接的为5/8的273，CBA连接的为3/8的273.当M、S0、S1、S2、S3、B都为高电平时，R1中的数据将会通过181传送至数据总线。

当M、S1、S3、B为高电平时，R2中的数据通过181传送至数据总线。

三、实验内容及结果分析

（一）.算术运算实验

（1）写操作（置数操作）

拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下：

结果分析：

当CBA=000，CE=0，SW-B=1时，数据开关的数据将会送至总线，令LDDR1=1或LDDR2=1时，则实现了总线数据的共享，从而将数据存储到了数据中。

运算单元中R1显示的为：

65、R2显示的为A7。

（2）读操作（运算寄存器内容送总线）

首先关闭数据输入三态控制端（SW-B=0），存储器控制端CE保持为0，令LDDR1=0、LDDR2=0，然后打开ALU输出三态门（CBA=010），置M、S0、S1、S2、S3为11111，再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容，若把M、S0、S1、S2、S3置为10101，再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容。

结果分析：

当CBA=010，SW-B=0，CE=0时，将运算单元的数据送至数据总线，当制M,S0，S1，S2，S3为1111时，将作用于控制LDDR1的181，输出R1，为65，当M、S0、S1、S2、S3为10101时，输出R2，为A7。

⑶算术运算（不带进位加）

置CBA=010，CN、M、S0、S1、S2、S3状态为101001，按【单步】键，此时数据总线单元应显示00001100（0CH）。

结果分析：

当CN、M、S0、S1、S2、S3为101001时，机器实现的是R1与R2的加法。

R1=01100101，R2=10100111，则R1与R2的不带进位加结果为00001100.而CBA=010则是将结果传至数据总线。

（二）进位控制实验

⑴进位位清零操作

在“L”状态下，按动【复位】按钮，进位标志灯CY“灭”，实现对进位位的清零操作。

（当进位标志灯“亮”时，表示CY=1）。

⑵用二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数

首先关闭ALU输出三态门（CBA=000）、CE=0，开启输入三态门（SW-B=1），设置数据开关，向DR1存入01010101（55H），向DR2存入10101010（AAH）。

操作步骤如下：

结果分析：

当CBA=000，CE=0，SW-B=1时，数据开关的数据将会送至总线。

令LDDR1=1或LDDR2=1时，则实现了总线数据的共享，从而将数据存储到了数据中。

运算单元中R1显示的为：

55；R2显示的为AA。

⑶验证带进位运算的进位锁存功能

关闭数据输入三态门（SW-B=0）、CE=0，使CBA=010，AR=1，置CN、M、S0、S1、S2、S3的状态为101001，按【单步】键，此时数据总线单元显示的数据为DR1加DR2，若进位标志灯CY“亮”，表示有进位；反之无进位。

结果分析：

当CN、M、S0、S1、S2、S3为101001时，机器实现的是R1与R2的加法。

R1+R2=11111111，无进位，所以CY不亮。

而CBA=010则是将结果传至数据总线。

（三）逻辑运算实验

⑴写操作（置数操作）

拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下：

结果分析:

运算单元中R1显示的为：

65；R2显示的为A7。

⑵读操作（运算寄存器内容送总线）

首先关闭数据输入三态控制端（SW-B=0），存储器控制端CE保持为0，令LDDR1=0、LDDR2=0，然后打开ALU输出三态门（CBA=010），置M、S0、S1、S2、S3为11111，再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容，若把M、S0、S1、S2、S3置为10101，再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容。

结果分析：

当M、S0、S1、S2、S3为11111时，控制LDDR1的181将R1的内容传至数据总线，显示为：

65。

当M、S0、S1、S2、S3为10101时，控制LDDR2的181将R1的内容传至数据总线，显示为：

A7。

⑶逻辑或非运算

逻辑或非运算的方法是置CBA=010，M、S0、S1、S2、S3状态为11000，按【单步】键，此时数据总线单元应显示00011000（18H）。

结果分析：

S0、S1、S2、S3为1000时，M=1时，逻辑运算为R1、R2的或非。

而R1与R2的或为11100111。

四、实验思考

验证74LS181的算术逻辑运算功能：

DR1

DR2

S3S2S1S0

M=0（算术运算）

M=1

（逻辑运算）

CN=1

无进位

CN=0

有进位

65

A7

0000

F=（65）

F=（66）

F=（9A）

65

A7

0001

F=（E7）

F=（E8）

F=（18）

65

A7

0010

F=（7D）

F=（7E）

F=（82）

0100

F=（A5）

F=（A6）

F=（DA）

0101

F=（27）

F=（28）

F=（58）

0110

F=（BD）

F=（BE）

F=（C2）

0111

F=（3F）

F=（40）

F=（40）

1000

F=（8A）

F=（8B）

F=（6F）

1001

F=（0C）

F=（0D）

F=（3D）

1010

F=（A2）

F=（A3）

F=（A7）

1011

F=（24）

F=（25）

F=（25）

1100

F=（CA）

F=（CB）

F=（FF）

1101

F=（4C）

F=（4D）

F=（7D）

1110

F=（E2）

F=（E3）

F=（E7）

1111

F=（64）

F=（65）

F=（65）

结果分析：

在给定DR1和DR2的情况下，通过二进制控制单元中S0、S1、S2、S3来改变运算器的功能，从而得出了当M=1、M=0时F的值。

五、实验总结

通过实验一，了解了如何在运算单元中置数，掌握了运算器的数据传送方式，验证了运算器的功能发生器以及进位控制的组合功能，了解了三态门的运算。

实验完成了不带进位加法、带进位加法以及数据的逻辑运算。

实验二通用寄存器器实验

一、实验目的

⒈熟悉通用寄存器概念。

⒉熟悉通用寄存器的组成和硬件电路。

二、实验原理

图2

表1

C

B

A

选择

1

0

0

R0-B

1

0

1

R1-B

1

1

0

R2-B

二进制开关R1、R2、R0连接一个273通过三个与门，分别连接三个8位字长的374，开关CBA连接一个273之后相连一个138，CBA通过译码产生数据输出选通信号，T2信号为译码产生数据的脉冲。

LDR0、LDR2、LDR3都是高电平有效，T4信号为寄存器写入的脉冲。

当CBA产生的选通信号作用于对应的374时将会将对应的数据传入数据总线。

三、实验内容及结果分析

（一）通用寄存器的写入

拨动二进制数据开关向R0和R1寄存器置数，具体操作步骤如下：

注:

【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲

结果分析:

寄存器单元中R0显示的为：

01、R1显示的为80。

（二）通用寄存器的读出

关闭数据输入三态（SW-B=0），存储器控制端CE=0，令LDR0=0、LDR1=0、LDR2=0，分别打开通用寄存器R0、R1、R2输出控制位，置CBA=100时，按【单步】键，数据总线单元显示R0中的数据01H；置CBA=101时，按【单步】键。

数据总线单元显示R1中的数据80H；置CBA=110时，按【单步】键，数据总线单元显示R2中的数据（随机）。

结果分析：

当CBA=100、101、110时，都是将寄存器中的数据传送至数据总线中。

CBA=100时，选择R0-B,R0-B作用于与LDR0相连的374，将R0传送到数据总线,数据总线显示01。

CBA=101时，选择R1-B,R1-B作用于与LDR1相连的374，将R1传送到数据总线,数据总线显示80。

CBA=110时，选择R2-B,R2-B作用于与LDR2相连的374，将R2传送到数据总线,数据总线显示FF。

四、实验总结

通过实验二，了解了通用寄存器的组成与硬件电路，完成了利用寄存器数据的置数、左移、右移等功能。

掌握了通用寄存器的数据写入与读出。

实验三移位寄存器器实验

一、实验目的

⒈了解移位寄存器的硬件电路，验证移位控制与寄存的组合功能。

⒉利用寄存器进行数据传输。

二、实验原理

图3

299为移位发生器，为8输入和输出，T4信号为移位信号，在上升沿有效。

299-B为信号控制端，当299-B为低电平时有效。

S1、S0、M为控制端，S0、S1、M为不同的信号时，299发生不同的移位。

表2

299-B

S1

S0

M

功能

0

0

0

任意

保持

0

1

0

0

循环右移

0

1

0

1

带进位循环右移

0

0

1

0

循环左移

0

0

1

1

带进位循环左移

任意

1

1

任意

装数

说明:

令CBA=011时表中299-B=0。

三、实验内容及结果分析

（一）移位寄存器置数

首先置CBA=000，然后按下面所列流程图操作：

注:

【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲

结果分析：

运算单元显示为：

65.

（二）寄存器移位

首先置CBA=011（299-B=0）、SW-B=0、CE=0，然后参照表7-2-1改变S0、S1、M的状态，按动【单步】命令键观察移位结果。

结果分析：

当299-B为0时：

S1、S0、M为000时，运算单元显示65；S1、S0、M为100时，运算单元显示为B2；S1、S0、M为101时，运算单元显示为59；S1、S0、M为010时，运算单元显示为B2；S1、S0、M为011时，运算单元显示为65。

当299-B为1时，S1、S0、M为111时，运算单元显示为FF。

（三）移位结果的寄存

把移位寄存器移位后的内容寄存到通用寄存器（以R0为例），首先按图7-2-2所示连接实验电路。

在移位操作后保持CBA=011（即299-B=0）、置S0=0、S1=0，令LDR0=1，再按动【单步】命令键即可完成移位结果保存到通用寄存器R0的操作。

结果分析：

移位操作之后，运算单元中存储的为FF，通用寄存器中R0位置处显示的为FF.

（四）移位结果的读出

置CBA=100、SW-B=0、CE=0，按【单步】键，数据总线单元显示R0寄存器的内容，该内容应与移位寄存器的内容一致。

结果分析：

当CBA=100，SW-B=0，CE=0时，数据总线单元显示都为为FF，与寄存器中的数据一致。

四、实验总结

通过实验三的数据与理论分析进行比较，了解了寄存器的硬件电路，验证了移位控制与寄存的组合功能，了解了寄存器的应用，熟悉了移位寄存器的数据传送方式。