劉星運(yùn)算器實驗報告

PAGE2課程設(shè)計報告課程名稱計算機(jī)組成原理課題名稱計算機(jī)的設(shè)計專業(yè)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級0903 學(xué)號200903010301姓名劉星指導(dǎo)教師陳華光、陳多2011年09月08日

湖南工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱計算機(jī)組成原理課題計算機(jī)的設(shè)計專業(yè)班級計算機(jī)0903學(xué)生姓名劉星學(xué)號200903010301指導(dǎo)老師陳華光、陳多審批陳華光任務(wù)書下達(dá)日期2011年9月3日任務(wù)完成日期2011年9月25日《計算機(jī)組成原理》實驗報告（一）實驗名稱算術(shù)邏輯運(yùn)算實驗實驗時間2010年9月5日實驗地點E510實驗人姓名劉星合作者何佳文學(xué)號200903010301實驗小組第十組實驗性質(zhì)□驗證性□設(shè)計性□綜合性□應(yīng)用性實驗成績：評閱教師簽名：一、實驗?zāi)康恼莆账阈g(shù)邏輯運(yùn)算器單元ALU（74LS181）的工作原理。掌握簡單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通道。驗算由74LS181等組合邏輯電路組成的運(yùn)算功能發(fā)生器運(yùn)算功能。能夠按給定數(shù)據(jù)，完成實驗指定的算術(shù)/邏輯運(yùn)算。二、實驗要求：

完成實驗接線和所有實驗題操作。三、實驗方案：實驗連線。接好線后，先檢查確認(rèn)無誤后再接通電源，避免燒壞實驗儀。用二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)分別向LDDR1寄存器和LDDR2寄存器輸入數(shù)據(jù)。通過總線輸出寄存器LDDR1和LDDR2的內(nèi)容。驗證算術(shù)/邏輯運(yùn)算功能，測試結(jié)果。四．實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)處理：1.將實驗結(jié)果（二進(jìn)制數(shù)）填于下表中。S3S2S1S0DR1DR2算術(shù)運(yùn)算M=0邏輯運(yùn)算M=1Cn=1無進(jìn)位Cn=0有進(jìn)位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理論分析值（十六進(jìn)制數(shù)）填于下表中。S3S2S1S0DR1DR2算術(shù)運(yùn)算M=0邏輯運(yùn)算M=1Cn=1無進(jìn)位Cn=0有進(jìn)位000065A7F=（65）F=（66）F=（9A）000165A7F=（E7）F=（E8）F=（18）001065A7F=（7D）F=（7E）F=（82）001165A7F=（00）F=（FF）F=（00）010065A7F=（A6）F=（A5）F=（DA）010165A7F=（28）F=（27）F=（58）011065A7F=（BE）F=（BD）F=（C2）011165A7F=（40）F=（3F）F=（40）100065A7F=（8B）F=（8A）F=(BF）100165A7F=（0D）F=（0C）F=（3D）101065A7F=（A3）F=（A2）F=（A7）101165A7F=（25）F=（24）F=（25）110065A7F=（CB）F=（CA）F=（FF）110165A7F=（4D）F=（4C）F=（7D）111065A7F=（E3）F=（E2）F=（E7）111165A7F=（66）F=（65）F=（9A）3.比較結(jié)果。答：理論值驗證了實驗結(jié)果是正確的，大大提高了運(yùn)算效率。所記錄的運(yùn)算器的實際輸出二進(jìn)制數(shù)與理論結(jié)果一致（十六進(jìn)制化為二進(jìn)制后比較所得）。4、結(jié)論SW-B=0時有效，SW-B=1時無效，因其是低電平有效。ALU-B=0時有效，ALU-B=1時無效，因其是低電平有效。輸入數(shù)據(jù)時將SW-B置于0，ALU-B置于1，不輸入的置入0，輸出時SW-B置于1，ALU-B置于0。輸入三態(tài)門控制端SW-B和輸出三態(tài)門控制端ALU-B不能同時為“0”狀態(tài)，否則存在寄存器中的數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確輸出。S3,S2,S1,S0高電平有效。當(dāng)向寄存器LDDR1、LDDR2置入二進(jìn)制數(shù)據(jù)完畢后，要將寄存器控制端LDDR1、LDDR2置于0，防止數(shù)據(jù)丟失。S3,S2,S1,S0是運(yùn)算選擇控制端,有它們決定運(yùn)算器執(zhí)行哪一種運(yùn)算；M是邏輯算數(shù)控制選擇端，由它來反映是進(jìn)行算數(shù)運(yùn)算還是邏輯運(yùn)算。S0，S1，S2，S3是運(yùn)算控制選擇端。M=0時，執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算；M=1時，執(zhí)行邏輯運(yùn)算。Cn是算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位控制端，Cn=0(低電平)，表示有進(jìn)位，運(yùn)算時相當(dāng)于在最低位上加進(jìn)位1，Cn=1(高電平)，表示無進(jìn)位。進(jìn)位只與算數(shù)運(yùn)算有關(guān)，與邏輯運(yùn)算無關(guān)。ALU-B是輸出三態(tài)門控制端，控制運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果是否送到數(shù)據(jù)總線BUS上。低電平有效。SW-B是輸入三態(tài)門的控制端，控制“INPUTDEVICE”中的8位數(shù)據(jù)開關(guān)D7～D0的數(shù)據(jù)是否送到數(shù)據(jù)總線BUS上。低電平有效。對一個數(shù)據(jù)求補(bǔ)時，先取反，然后再加1，這個過程是分步進(jìn)行的，先將取反的結(jié)果送到另一個寄存器中，然后再加1。五．實驗中出現(xiàn)的問題及解決的辦法，收獲及體會（實驗總結(jié)）。答：開始實驗的時候，對設(shè)備不熟練，不了解各控制端的作用，在聽了老師的講解，初步了解設(shè)備各部分的功能，在結(jié)合所發(fā)的實驗資料的實驗操作步驟，才成功連接好的線路在實驗的過程中，由于對器材的不夠熟悉，出現(xiàn)插反線的問題，通過觀察指導(dǎo)老師的連線操作問題得到解決。在運(yùn)算得出結(jié)果后，驗證結(jié)果時發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確。通過詢問身邊同學(xué)發(fā)現(xiàn)是由于輸出運(yùn)算結(jié)果時沒打開三態(tài)門（SW-B=0）。收獲及體會：通過自己動手，提高了自己遇到問題和解決問題的能力，同時也能發(fā)現(xiàn)自己哪些地方掌握得還不夠到位，更重要的是通過這個實驗，自己更加理解了運(yùn)算器的工作原理，能幫助自己更好的學(xué)好這計算機(jī)組成原理這門課程。S3、S2、S1、S0、M、Cn、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B均為電平信號，與"SWITCHUNIT"中的二進(jìn)制開關(guān)對應(yīng)相接，用于模擬產(chǎn)生電平控制信號。開關(guān)狀態(tài)打上去是高電平，打下來是低電平。六．思考題1.簡述對數(shù)據(jù)總線沖突的理解答：數(shù)據(jù)總線沖突是計算機(jī)總線一個不受歡迎的狀態(tài)，好比在數(shù)據(jù)總線的“公路”上有幾路數(shù)據(jù)“車”相撞。在那里不止一個內(nèi)存映射設(shè)備或CPU嘗試著將輸出值一次放入到總線中去。通常，連接到總線的集成電路是預(yù)先被設(shè)計好的，以便總線沖突的可能性降低為零，芯片是在它們的速率設(shè)置時間之內(nèi)被操作等等。然而，如果這個總線故意被驅(qū)動太快，這些設(shè)置時間可能被干擾而導(dǎo)致無法正常連接。連接也可能出現(xiàn)在那些內(nèi)存映射是不可編程的系統(tǒng)中，不合法的值被寫入到這個寄存器中來控制這個映射。使得計算機(jī)總線無法正常工作，進(jìn)而可能會導(dǎo)致電腦死機(jī)系統(tǒng)崩潰。2.如何設(shè)置讓ALU實現(xiàn)加1和減1運(yùn)算？答：將ALU-B=1，三態(tài)門SW-B=0，將LDR1=1，LDR2=0;打入第一個數(shù)據(jù)輸入到寄存器DR1內(nèi)；在將LDR1=0，LDR2=1，打入第二個數(shù)據(jù)輸入到寄存器DR2內(nèi)；查看打入數(shù)據(jù)是否正確，設(shè)置M=0，CN=0，將S3，S2，S1，S0設(shè)置為0000；完成加1運(yùn)算；在設(shè)置M=0，CN=1，將S3，S2，S1，S0設(shè)置為0011；完成減1運(yùn)算；設(shè)置好ALU實現(xiàn)加1和減1運(yùn)算?！队嬎銠C(jī)組成原理》課程實驗報告（）實驗名稱2、移位運(yùn)算實驗實驗時間2011年9月6日實驗地點E510實驗人姓名劉星合作者何佳文學(xué)號200903010301實驗小組第十組實驗性質(zhì)□驗證性□設(shè)計性□綜合性□應(yīng)用性實驗成績：評閱教師簽名：一、實驗?zāi)康尿炞C移位控制的組合功能。二、實驗要求：完成實驗接線和所有實驗題操作。三、實驗方案：實驗連線。接好線后，先檢查確認(rèn)無誤后再接通電源，避免燒壞實驗儀。用二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)分別向LDDR1寄存器輸入數(shù)據(jù)。通過總線輸出寄存器LDDR1的內(nèi)容。移位，參照下表改變S0、S1、M、299—B的狀態(tài)，按動微動開關(guān)KK2，觀察移位結(jié)果。四．實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)處理：1、分析整理實驗數(shù)據(jù)，寫出實驗報告(A=01101011（6B）)299—BS1S0M結(jié)果000任意01101011010010110101010101011010001010110100001101101001五．實驗中出現(xiàn)的問題及解決的辦法，收獲及體會（實驗總結(jié)）。CY的值不定，上次操作結(jié)果中CY為多少，下次操作時CY就是多少。置數(shù)的時候，結(jié)果全為1。是因為沒有把SWITCHUNIT單元中的開關(guān)SW-B置為0，打開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門。移位寄存器取數(shù)時視為高電平，所以都為1。移位是計算機(jī)系統(tǒng)中一類重要的運(yùn)算，很多情況下，加減乘除可以通過移位來實現(xiàn)上一實驗沒有考慮進(jìn)位，事實上進(jìn)位并沒有丟失，百是存儲在寄存器中，在下一次運(yùn)算時和兩個運(yùn)算數(shù)一起參加運(yùn)算，從而得到正確的結(jié)果。六．思考題1、循環(huán)移位實驗中，通過什么來控制是否帶進(jìn)位移位?完成下表：299-BS1S0M功能移位操作0100循環(huán)右移Q7->Q6->Q5->Q4->Q3->Q2->Q1->Q00101帶進(jìn)位循環(huán)右移Q1->Q7->Q6->Q5->Q4->Q3->Q2->Q00010循環(huán)左移Q0<-Q1<-Q7<-Q6<-Q5<-