刘星运算器实验报告

程 设 计 报 告

课程名称 计算机组成原理 课题名称 计算机的设计 专 业 计算机科学与技术 班 级 0903

学 号 200903010301 姓 名 刘星 指导教师 陈华光、陈多

2011年09月08日

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课

湖南工程学院 课 程 设 计 任 务 书

课程名称 计算机组成原理 课 题 计算机的设计

专业班级 计算机0903 学生姓名 刘 星 学 号 200903010301 指导老师 陈华光、陈多 审 批 陈华光

任务书下达日期 2011年9月3 日 任务完成日期 2011年9月25 日 2

《计算机组成原理》实验报告（一）

实验名称 实验时间 实 验 人 学 号 实验性质 200903010301 实验小组 第 十 组 □验证性 □设计性 □综合性 □ 应用性 2010年 9月 5日 姓 名 刘星 算术逻辑运算实验 实验地点 合 作 者 E510 何佳文 实验成绩： 评阅教师签名： 一、实验目的 1. 2. 3. 4. 掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。 掌握简单运算器的数据传送通道。 验算由74LS181等组合逻辑电路组成的运算功能发生器运算功能。 能够按给定数据，完成实验指定的算术/逻辑运算。 二、实验要求： 完成实验接线和所有实验题操作。 三、实验方案： 1. 2. 3. 4. 实验连线。接好线后，先检查确认无误后再接通电源，避免烧坏实验仪。 用二进制数据开关分别向LDDR1寄存器和LDDR2寄存器输入数据。 通过总线输出寄存器LDDR1和LDDR2的内容。 验证算术/逻辑运算功能，测试结果。 四．实验结果和数据处理： 1.将实验结果（二进制数）填于下表中。 S3 S2 S1 S0 DR1 DR2 算术运算M=0 Cn=1无进位 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1

逻辑运算 M=1 10011010 00011000 10000010 00000000 11011010 01011000 3

Cn=0有进位 01100110 11101000 01111110 00000000 101000110 00101000 65 65 65 65 65 65 A7 A7 A7 A7 A7 A7 01100101 11100111 01111101 11111111 10100101 00100111

0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 10111101 00111111 10001010 00001100 10100010 00100100 11001010 01001100 11100010 01100100 10111110 01000000 10001011 00001101 10100011 00100101 11001011 01001101 11100011 01100101 11000010 01000000 10111111 00111101 10100111 00100101 11111111 01111101 11100111 01100101 2.理论分析值（十六进制数）填于下表中。 S3 S2 S1 S0 DR1 DR2 算术运算M=0 Cn=1无进位 Cn=0有进位 逻辑运算 M=1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 A7 F = （65） F = （E7） F = （7D） F = （66） F = （E8） F = （7E） F= （9A） F = （18） F = （82） F = （00） F = （A6） F = （FF） F = （00） F = （A5） F = （DA） F = （28 ） F = （ 27 ） F = （58） F = （ BE ） F = （BD ） F = （C2） F = （40 ） F = （ 3F ） F = （40） F = （ 8B ） F = （ 8A ） F = (BF） F = （ 0D ） F = （ 0C ） F = （3D） F = （ A3 ） F = （ A2 ） F = （ A7） F = （ 25 ） F = （ 24 ） F = （ 25 ） F = （ CB ） F = （ CA ） F = （ FF ） F = （ 4D ） F = （ 4C ） F = （ 7D ） 4

1 1 1 0 1 1 1 1 65 65 A7 A7 F = （ E3 ） F = （ E2 ） F = （ E7 ） F = （ 66 ） F = （ 65 ） F = （ 9A ） 3.比较结果。 答：理论值验证了实验结果是正确的，大大提高了运算效率。所记录的运算器的实际输出二进制数与理论结果一致（十六进制化为二进制后比较所得）。 4、结论 1. SW-B=0时有效，SW-B=1时无效，因其是低电平有效。ALU-B=0时有效，ALU-B=1时无效，因其是低电平有效。输入数据时将SW-B置于0，ALU-B置于1，不输入的置入0，输出时SW-B置于1，ALU-B置于0。输入三态门控制端SW-B和输出三态门控制端ALU-B不能同时为“0”状态，否则存在寄存器中的数据无法准确输出。S3,S2,S1,S0高电平有效。 2. 当向寄存器LDDR1、LDDR2置入二进制数据完毕后，要将寄存器控制端LDDR1、LDDR2置于0，防止数据丢失。 3. S3,S2,S1,S0是运算选择控制端,有它们决定运算器执行哪一种运算；M是逻辑算数控制选择端，由它来反映是进行算数运算还是逻辑运算。S0，S1，S2，S3是运算控制选择端。M=0时，执行算术运算；M=1时，执行逻辑运算。Cn是算术运算的进位控制端，Cn=0(低电平)，表示有进位，运算时相当于在最低位上加进位1，Cn=1(高电平)，表示无进位。进位只与算数运算有关，与逻辑运算无关。 4. ALU-B是输出三态门控制端，控制运算器的运算结果是否送到数据总线BUS上。低电平有效。SW-B是输入三态门的控制端，控制“INPUT DEVICE”中的8位数据开关D7～D0的数据是否送到数据总线BUS上。低电平有效。 5. 对一个数据求补时，先取反，然后再加1，这个过程是分步进行的，先将取反的结果送到另一个寄存器中，然后再加1。 五．实验中出现的问题及解决的办法，收获及体会（实验总结）。 答：开始实验的时候，对设备不熟练，不了解各控制端的作用，在听了老师的讲解，初步了解设备各部分的功能，在结合所发的实验资料的实验操作步骤，才成功连接好的线路 1. 在实验的过程中，由于对器材的不够熟悉，出现插反线的问题，通过观察指导老师的连线操作问题得到解决。 2. 在运算得出结果后，验证结果时发现结果不正确。通过询问身边同学发现是由于输出运算结果时没打开三态门（SW-B=0）。 5

3. 收获及体会：通过自己动手，提高了自己遇到问题和解决问题的能力，同时也能发现自己哪些地方掌握得还不够到位，更重要的是通过这个实验，自己更加理解了运算器的工作原理，能帮助自己更好的学好这计算机组成原理这门课程。 4. S3、S2、S1、S0、M、Cn、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B均为电平信号，与\"SWITCH UNIT\"中的二进制开关对应相接，用于模拟产生电平控制信号。开关状态打上去是高电平，打下来是低电平。 六．思考题 1.简述对数据总线冲突的理解 答：数据总线冲突是计算机总线一个不受欢迎的状态，好比在数据总线的“公路”上有几路数据“车”相撞。在那里不止一个内存映射设备或CPU尝试着将输出值一次放入到总线中去。通常，连接到总线的集成电路是预先被设计好的，以便总线冲突的可能性降低为零，芯片是在它们的速率设置时间之内被操作等等。然而，如果这个总线故意被驱动太快，这些设置时间可能被干扰而导致无法正常连接。连接也可能出现在那些内存映射是不可编程的系统中，不合法的值被写入到这个寄存器中来控制这个映射。使得计算机总线无法正常工作，进而可能会导致电脑死机系统崩溃。 2.如何设置让ALU实现加1和减1运算？ 答：将ALU-B=1，三态门SW-B=0，将LDR1=1，LDR2=0;打入第一个数据输入到寄存器DR1内；在将LDR1=0，LDR2=1，打入第二个数据输入到寄存器DR2内；查看打入数据是否正确，设置M=0，CN=0，将S3 ，S2，S1，S0设置为0000；完成加1运算；在设置M=0，CN=1，将S3 ，S2，S1，S0设置为0011；完成减1运算；设置好ALU实现加1和减1运算。

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《计算机组成原理》课程实验报告（ ）

实验名称 实验时间 实 验 人 学 号 实验性质 200903010301 实验小组 第 十 组 □验证性 □设计性 □综合性 □ 应用性 2011年 9 月 6日 姓 名 刘星 2、移位运算实验 实验地点 合 作 者 E510 何佳文 实验成绩： 评阅教师签名： 一、实验目的 验证移位控制的组合功能。 二、实验要求： 完成实验接线和所有实验题操作。 三、实验方案： 1. 2. 3. 4. 实验连线。接好线后，先检查确认无误后再接通电源，避免烧坏实验仪。 用二进制数据开关分别向LDDR1寄存器输入数据。 通过总线输出寄存器LDDR1的内容。 移位，参照下表改变S0 、 S1 、 M 、299—B的状态，按动微动开关KK2，观察移位结果。 四．实验结果和数据处理： 1、分析整理实验数据，写出实验报告(A=01101011 （6B）) 299—B 0 0 0 0 0

S 1 S 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 M 结果 任 意 01101011 0 1 0 1 10110101 01011010 10110100 01101001 7

五．实验中出现的问题及解决的办法，收获及体会（实验总结）。 1. CY的值不定，上次操作结果中CY为多少，下次操作时CY就是多少。 2. 置数的时候，结果全为1。是因为没有把SWITCH UNIT单元中的开关SW-B置为0，打开数据输入三态门。移位寄存器取数时视为高电平，所以都为1。 3. 移位是计算机系统中一类重要的运算，很多情况下，加减乘除可以通过移位来实现 4. 上一实验没有考虑进位，事实上进位并没有丢失，百是存储在寄存器中，在下一次运算时和两个运算数一起参加运算，从而得到正确的结果。 六．思考题 1、循环移位实验中，通过什么来控制是否带进位移位?完成下表： 299-S1 S0 M 功能 移位操作 B 0 1 0 0 循环右Q7-> Q6-> Q5-> Q4-> Q3-> Q2-> Q1-> Q0移 0 1 0 1 带进位Q1->Q7-> Q6-> Q5-> Q4-> Q3-> Q2-> Q0循环右移 0 0 1 0 循环左Q0<-Q1<-Q7<- Q6<- Q5<- Q4<- Q3<- Q2 移 0 0 1 1 带进位Q1<-Q7<- Q6<- Q5<- Q4<- Q3<- Q0<-Q2 循环左移 2．算出若置数10101010，进位分别为1或0时，执行3次不带进位左移和3次带进位左移的结果。并和实验所得结果进行比较验证。 不带进位 10101010->01010101->10101010->01010101 进位分别为1时 10101010->01010101->10101011->01010110 进位分别为0时 10101010->01010100->10101001->01010010

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