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1、计算机组成原理课程设计实验报告学院：计算机科学与工程学院专业：网络工程 班级： 学号：姓名： 评分： 2012年5月30日实验一 验证74LS181运算和逻辑功能一、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。二、实验原理：1.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： 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=/
2、AF=AF=A加1 0 0 0 1F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加1 0 0 1 0F=(/A)BF=A+/BF=(A+/B)加1 0 0 1 1F=0F=负1（补码形式）F=0 0 1 0 0F=/(AB)F=A加A(/B)F=A加A/B加1 0 1 0 1F=/BF=(A+B)加A/BF=(A+B)加A/B加1 0 1 1 0F=ABF=A减B减1F=A减B 0 1 1 1F=A/BF=A(/B)减1F=A(/B） 1 0 0 0F=/A+BF=A加ABF=A加AB加1 1 0 0 1F=/(AB)F=A加BF=A加A加1 1 0 1 0F=BF=(A+/B)加ABF=(A+/B
3、)加AB加1 1 0 1 1F=ABF=AB减1F=AB 1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A加1 1 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加1 1 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加1 1 1 1 1F=AF=A减1F=A(上表中的“/”表示求反)2、具体示例功能解析（1）A、S、D、F键分别控制U1单元的输入，通过选择高低电平，输入四位二进制数，在U1单元显示为一位十六进制数，例如：A为高电平，S为低电平，D为高电平，F为低电平，则U1将显示为5；同理，G、H、J、K键分别控制U2单元的输入；（2）Z、X、C、V键分别作为74LS181
4、N的S0、S1、S2、S3运算选择控制端的开关，实现决定电路执行哪一种运算；（3）CN引脚是最低位进位输入控制引脚，CN=0，表示有进位，CN=1，表示无进位；M引脚为状态控制端，表示逻辑运算，表示算术运算；（4）F3、F2、F1、F0均为数据输出引脚，F3为最高位。74LS181电路示意图3、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S3 S2 S1 S0运算选择控制S3 S2 S1 S0 决定电路执行哪一种算术A3 A2 A1 A0运算数1，引脚3为最高位B3 B2 B1 B0运算数2，引脚3为最高位Cn
5、 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F3 F2 F1 F0F3 F2 F1 F0 运算结果，F3为最高位三、实验内容：如上图所示，M=0，进行算术运算，CN=1，表示无进位，、分别为，因此对应的运算为：加，由此可见实验结果正确。如上图所示，M=，进行逻辑运算，、分别为，因此对应的运算为：，由此易知实验结果正确。如上图所示，M=0，进行算术运算，CN=，表示有进位，、分别为，对应的运算为：加加，由此易知实验结果正确。综上验证74LS181型4位ALU的逻辑算术功能，列出结果如下表：S3 S2 S1 S0数据1数据
6、2算术运算（M=0）逻辑运算（M=1）Cn=1(无进位)Cn=0(有进位)0 0 0 0AH5HF=AF=BF=50 0 0 1AH5HF=FF=0F=00 0 1 0AH5HF=AF=BF=50 0 1 1AH5HF=FF=0F=00 1 0 0FH1HF=DF=EF=E0 1 0 1FH1HF=DF=EF=E0 1 1 0FH1HF=DF=EF=E0 1 1 1FH1HF=DF=EF=E1 0 0 0FHFHF=EF=FF=F1 0 0 1FHFHF=EF=FF=F1 0 1 0FHFHF=EF=FF=F1 0 1 1FHFHF=EF=FF=F1 1 0 05H5HF=AF=BF=F1 1
7、 0 15H5HF=AF=BF=F1 1 1 05H5HF=4F=5F=51 1 1 15H5HF=4F=5F=5四、总结及心得体会：通过本实验，我初步熟悉并掌握了如何使用Multisim软件，刚开始使用这个软件时，感觉不知从何下手，通过查询资料、和同学交流渐渐学会了基本操作。创建电路时不仅要细心，更要有耐心，按照实验要求画出逻辑电路图，使接线美观整齐。对算术逻辑单元（ALU）的工作原理有了更深刻的认识，掌握了有关数字元件的功能和使用方法，总之本次实验使我的实践能力增强，将理论和实验结合，使我对相关知识有了更全面的理解。实验二 运算器(2)一、实验目的：、熟练掌握算术逻辑单元（ALU）的应用方
8、法；、进一步熟悉简单运算器的数据传送原理；、画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；、熟练掌握有关数字元件的功能和使用方法；、熟练掌握子电路的创建及使用。二、实验原理：本实验仿真单总线结构的运算器，原理如图5，相应电路如图6。电路图中，上右下三方的8条线模拟8位数据总线；K8产生所需数据；74244层次块为三态门电路；将部件与总线连接或断开，切记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（鉴于电路排列情况，只画出两个通用寄存器GR1和GR2，如果可能的话可设计4个或8个通用寄存器）；众多的开关作为控制电平或打入脉冲；众多的8段
9、代码管显示相应位置的数据信息；核心为8位ALU层次块。通 用寄存器ABALU图5：单总线结构的运算器示意图三、实验内容：在Multisim画出电路图并仿真，完成如下操作。1.说明整个电路工作原理。答: K8产生所需数据，打开74LS244层次块三态门电路,将产生数据输入总线，将数据存入通用寄存器组GR1和GR2；通过其他 74LS244的开关，将通用寄存器里的数据放到74LS273层次块作为的暂存工作寄存器DR1和DR2中；将DR1和DR2中的数据通过核心8位ALU层次块运算，将结果又保存到GR1或者GR2中。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；2.说明7
10、4LS244N的功能及其在电路中的作用，及输入信号G有何作用；答：74LS244层次块为三态门电路，在电路中将部件与总线连接或断开，起开关作用，当G为低电平时，芯片导通，能正常工作。G为高电平时，芯片不能读取数据。 3.说明74LS273N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK有何作用；答：74LS273作为暂存工作寄存器，在电路中临时寄存数据，CLK为控制信号，连接芯片的使能端，上跳沿触发工作。4.说明74LS374N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK和OC有何作用；答：74LS374层次块作为通用寄存器组，在电路中寄存数据，另具有三态门的作用。CLK上跳沿触发工作。OC为使能控
11、制信号，低电平时，部件连接，OC为高电平时，部件断开。5.K8产生任意数据存入通用寄存器GR1。答：(1) K8确定任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；(2) Q =0（低电平），数据送总线；(3) U（正跳变）且Y=0.该数存入GR16.K8产生任意数据存入通用寄存器GR2。答：(1) K8确定任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；(2) Q=0（低电平），数据送总线(3) P且O=0。该数送GR2。7.完成GR1+ GR2GR1。答：(1)Q=1（屏蔽掉K8）、I=0、W=0、E，GR1DR1；(2)Space=0、R=0、T，GR2DR2；(3)加法：S3S0=1001B（对应
12、BVCX四键）、CIN=1（对应N键）、M=0（对应M键），此时结果在ALU的输出端，令Z=0，结果送总线，U结果存入GR1.8.完成GR1- GR2GR1。答：前2步同上；S3S0=0110B（对应XCVB四键）、Cin=1（对应N键）、M=0（对应M键），Z=0，P。9.完成GR1GR2GR1。答：前2步同上；S3S0=1011B（对应XCVB四键）M=1（对应M键），Z=0，U。10.完成GR1GR2GR1。答：前2步同前；S3S0=1110B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，P。11.完成GR1GR2GR1。答：(1)I=0、W=0、E，GR1DR1；(2)S3S0=0
13、000B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，P。12.GR1GR2。（“”表示逻辑非运算）答：(1)I=0、W=0、E，GR1DR1；(2)S3S0=0000B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，U。13.GR2GR1。答：(1)Space=0、R=0、T，GR2DR2；(2)S3S0=0101B（对应XCVB四键）、M=1（对应M键），Z=0，U。图6：运算器示意图实验中的一些截图 （1） K8产生2存入通用寄存器GR1（2）K8产生4存入通用寄存器GR2四、总结及心得体会：刚开始我以为实验二跟实验一一样比较容易，结果却发现实验二的电路比较复杂，里面要创建子电路，连线也比较多，错了好多次，不过在不断的改进下终于把电路图给建好了。本以为一切顺利了，却发现自己连原理都还不是很明白，于是查了相关资料，下了一定的功夫，终于明白了，这才学会如何使用这个电路里面的开关实现相关的操作。通过这次实验我掌握了有关数字元件的功能和使用方法，提高了我的细心度，掌握了子电路的创建和使用，对简单运算器的数据传送原理更加熟悉。
