1、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)課程名稱(chēng)計(jì)算機(jī)組成原理項(xiàng)目名稱(chēng)基本運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名同組人員實(shí)驗(yàn)日期一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1）了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)（ 2）掌握運(yùn)算器的工作原理實(shí)驗(yàn)要求（ 1）實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)認(rèn)真準(zhǔn)備，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟和具體設(shè)計(jì)內(nèi)容，否則實(shí)驗(yàn)效率會(huì)很低，一次實(shí)驗(yàn)時(shí)間根本無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)；（ 2）應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前掌握所以控制信號(hào)的作用，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告并帶入實(shí)驗(yàn)室；（ 3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，既不要因?yàn)榇中脑斐啥搪返仁鹿识鴵p壞設(shè)備，又要自習(xí)思考實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)容；（ 4）實(shí)驗(yàn)之后，應(yīng)認(rèn)真思考總結(jié)，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)步驟和具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，遇到的問(wèn)題和分析與解決

2、思路。還應(yīng)寫(xiě)出自己的心得體會(huì)，也可以對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)提出新的建議等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要上交老師。二、實(shí)驗(yàn)邏輯原理圖與分析畫(huà)實(shí)驗(yàn)邏輯原理圖邏輯原理圖分析上圖為運(yùn)算器原理圖。如圖所示運(yùn)算器內(nèi)部含有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)算部件，分別為算術(shù)、邏輯和移位運(yùn)算部件，要處理的數(shù)據(jù)存于暫存器A 和暫存器 B，三個(gè)部件同時(shí)接受來(lái)自A和 B 的數(shù)據(jù)（有些處理器體系結(jié)構(gòu)把移位運(yùn)算器放于算術(shù)和邏輯運(yùn)算部件之前， 如 ARM），各部件對(duì)操作數(shù)進(jìn)行何種運(yùn)算由控制信號(hào) S3S0和 CN來(lái)決定（三選一開(kāi)關(guān)），任何時(shí)候，多路選擇開(kāi)關(guān)只選擇三部件中一個(gè)部件的結(jié)果作為 ALU的輸出。如果是影響進(jìn)位的運(yùn)算，還將置進(jìn)位標(biāo)志 FC，在運(yùn)算結(jié)果輸出前，置 ALU零

3、標(biāo)志 FZ。ALU中所有模塊集成在一片 CPLD中。ALU的輸入和輸出通過(guò)三態(tài)門(mén) 74LS245連到 CPU內(nèi)總線(xiàn)上，另外還有指示燈標(biāo)明進(jìn)位標(biāo)志 FC和零標(biāo)志 FZ。圖中除 T4 和 CLR，其余信號(hào)均來(lái)自于 ALU單元的排線(xiàn)座，實(shí)驗(yàn)箱中所有單元的 T1、T2、T3、T4 都連接至控制總線(xiàn)單元的 T1、 T2、T3、 T4，CLR都連接至 CON單元的 CLR按鈕。 T4 由時(shí)序單元的 TS4提供，其余控制信號(hào)均由 CON單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)模擬給出?？刂菩盘?hào)中除 T4 為脈沖信號(hào)外，其余均為電平信號(hào)，其中 ALU_B為低有效，控制運(yùn)算器的輸出。其余為高有效。暫存器 A 和暫存器 B 的數(shù)據(jù)以

4、及進(jìn)位標(biāo)志 FC、零標(biāo)志 FZ 和數(shù)據(jù)總線(xiàn) D7D0 能在LED燈上實(shí)時(shí)顯示。亮表示 1，滅表示 0。LDA和 LDB用于控制算邏部件的輸入數(shù)據(jù)。滿(mǎn)足 LDA=1且 T4 傳來(lái)脈沖信號(hào)時(shí)， 數(shù)據(jù)將會(huì)傳入暫存器 A，同理當(dāng) LEB=1且 T4 傳來(lái)脈沖信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)傳入 B 暫存器。邏輯運(yùn)算部件由邏輯門(mén)構(gòu)成，較為簡(jiǎn)單，可將兩個(gè)數(shù)據(jù)按位進(jìn)行與、或、異或，以及將一個(gè)數(shù)據(jù)的各位求非。有的運(yùn)算器還能進(jìn)行二值代碼的16 種邏輯操作。算術(shù)運(yùn)算部件最基本的操作是加法。一個(gè)數(shù)與零相加，等于簡(jiǎn)單地傳送這個(gè)數(shù)。將一個(gè)數(shù)的代碼求補(bǔ)，與另一個(gè)數(shù)相加，相當(dāng)于從后一個(gè)數(shù)中減去前一個(gè)數(shù)。將兩個(gè)數(shù)相減可以比較它們的大小。移位運(yùn)算

5、部件采用的是桶形移位器，一般采用交叉開(kāi)關(guān)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)輸入都通過(guò)開(kāi)關(guān)與一個(gè)輸出相連，把沿對(duì)角線(xiàn)的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，就可實(shí)現(xiàn)移位功能，即：（ 1）對(duì)于邏輯左移或邏輯右移功能，將一條對(duì)角線(xiàn)的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，這將所有的輸入位與所使用的輸出分別相連 , 而沒(méi)有同任何輸入相連的則輸出連接 0。（ 2） 對(duì)于循環(huán)右移功能，右移對(duì)角線(xiàn)同互補(bǔ)的左移對(duì)角線(xiàn)一起激活。（ 3） 對(duì)于未連接的輸出位， 移位時(shí)使用符號(hào)擴(kuò)展或是 0 填充，具體由相應(yīng)的指令控制。使用另外的邏輯進(jìn)行移位總量譯碼和符號(hào)判別。三、數(shù)據(jù)通路圖及分析( 畫(huà)出數(shù)據(jù)通路圖并作出分析)1、連接實(shí)驗(yàn)電路，并檢查無(wú)誤；2、將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK2置為單拍檔，開(kāi)關(guān)

6、KK1、KK3置為運(yùn)行檔；3、打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，如果有警報(bào)聲響起，說(shuō)明有總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)閉電源，重新檢查連線(xiàn)，直到錯(cuò)誤排除。然后按動(dòng) CON單元的 CLR按鈕，將運(yùn)算器的 A、B 和 FC、FZ 清零；4、用輸入開(kāi)關(guān)向暫存器A 置數(shù)；（ 1）撥動(dòng) CON單元的 SD27 SD20數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)，形成二進(jìn)制數(shù) 01100101（或其他數(shù)值），數(shù)據(jù)顯示亮為 1，滅為 0；（ 2）置 LDAR=1，LDB=0，連續(xù)按動(dòng)時(shí)序單元的 ST 按鈕，產(chǎn)生一個(gè) T4 上沿，則將二進(jìn)制數(shù) 01100101置入暫存器 A 中，暫存器 A 的值通過(guò) ALU單元的 A7 A0 八位 LED燈顯示；此時(shí)圖像如下所示：5、用

7、輸入開(kāi)關(guān)向暫存器B 置數(shù)；（ 1）撥動(dòng) CON單元的 SD27（ 2） B0 八位 LED燈顯示；此時(shí)圖像如下所示：6、改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出。置ALU_B=0、LDA=0、 LDB=0，然后按表31 置 S3、S2、S1、 S0 和 Cn 的數(shù)值，并觀察數(shù)據(jù)總線(xiàn)LED顯示燈顯示的結(jié)果。（ 1）置 S3、S2、S1、S0 為 0000，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所示：（ 2）置 S3、S2、S1、 S0 為 0001，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所示：（ 3）置 S3、S2、S1、S0 為 0010，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所示：（ 4）置 S3、S2、S1、 S0 為 001

8、1，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所示：（ 5）置 S3、S2、S1、S0 為 0100，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所示：（ 6）置 S3、S2、S1、S0 為 0101，運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（ 7）置 S3、S2、S1、S0 為 0110，CN = 0 運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（ 8）置 S3、S2、S1、 S0 為 0110， CN = 1 運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（ 9）置 S3、S2、S1、S0 為 0111，CN = 0 運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（ 10）置 S3、S2、S1、 S0為 0111，CN = 1 運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（ 11）

9、置 S3、S2、S1、 S0為 1000，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（ 12）置 S3、S2、S1、 S0為 1001，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（ 13）置 S3、S2、S1、 S0為 1010（FC = 1 ），運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（ 14）置 S3、S2、 S1、S0 為 1011，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（ 15）置 S3、S2、S1、 S0為 1100，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（ 16）置 S3、S2、S1、 S0為 1101，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)運(yùn)算類(lèi)型ABS3 S2 S1 S0CN結(jié)果邏輯運(yùn)算6

10、5A70000XF=（ 65） FC=（ 0） FZ=（ 0）65A70001XF=（ A7） FC=（ 0） FZ= （ 0）65A70010XF=（ 25） FC=（ 0） FZ=（ 0）65A70011XF=（ E7） FC=（ 0） FZ= （ 0）65A70100XF=（ 9A） FC=（ 0） FZ= （ 0）移位運(yùn)算65A70101XF=（ CA） FC=（ 0） FZ= （ 0）65A701100F=（ 32） FC=（ 0） FZ=（ 0）65A71F=（ B2） FC=（ 1） FZ= （ 0）65A701110F=（ CA） FC=（ 1） FZ= （ 0）65A71F=

11、（ CA） FC=（ 0） FZ= （ 0）算術(shù)運(yùn)算65A71000XF=（ 65） FC=（ 1） FZ=（ 0）65A71001XF=（ 0C） FC=（ 1） FZ= （ 0）121010（FC=0）XF=（ 03） FC=（ 0） FZ=（ 0）65A71010（FC=1）XF=（ 0D） FC=（ 1） FZ= （ 0）65A71011XF=（ BE） FC=（ 1） FZ= （ 0）65A71100XF=（ 64） FC=（ 0） FZ=（ 0）65A71101XF=（ 66） FC=（ 0） FZ=（ 0）結(jié)果數(shù)據(jù)分析（ 1）運(yùn)算器能實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制算術(shù)、邏輯和移位運(yùn)算；（ 2）設(shè)置運(yùn)

12、算器的 S3,S2,S1,S0,Cn ，可選擇運(yùn)算器的不同功能；（ 3）數(shù)據(jù)的輸入、輸出以及 FC、 FZ標(biāo)志狀態(tài)要通過(guò) LED顯示燈觀察時(shí)都需要按下脈沖單元的 ST按鈕；（ 4）計(jì)算前暫存器 A、暫存器 B 或 FC、FZ 不清零，則會(huì)影響運(yùn)算結(jié)果；（ 5）實(shí)驗(yàn)時(shí)當(dāng) FC=1，清零后重新打入數(shù)據(jù)時(shí)要注意按動(dòng) ST 直到數(shù)據(jù)改變，（根據(jù) LED顯示燈的亮滅）否者可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)沒(méi)有傳入；（ 6）根據(jù) LED顯示燈讀數(shù)據(jù)時(shí)或輸入數(shù)據(jù)時(shí)， 注意方向，A(D)0-A(D)7 還是 A(D)7-A(D)0 ；（ 7）數(shù)據(jù)進(jìn)入哪一個(gè)寄存器就必須開(kāi)啟哪一個(gè)寄存器。譬如：要使數(shù)據(jù)只進(jìn)入暫存器A則必須置 LDA

13、=1，LDB=0，且獲得 T4 脈沖信號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題分析、思考題與小結(jié)思考題1、CON單元的 SD27 SD20數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)置一個(gè)二進(jìn)制數(shù)（任意） 、置 LDA=1、LDB=0，連續(xù)按動(dòng)時(shí)序單元的 ST按鈕，實(shí)現(xiàn)了什么數(shù)據(jù)通路？答：數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān) ?LDA2、CON單元的 SD27 SD20數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)置一個(gè)二進(jìn)制數(shù)（任意） 、置 LDA=0、LDB=1，連續(xù)按動(dòng)時(shí)序單元的 ST按鈕，實(shí)現(xiàn)了什么數(shù)據(jù)通路？答：數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān) ?LDB3、置 ALU_B=0、LDA=0、LDB=0、置（ S3、S2、S1、S0、M）=11111，實(shí)現(xiàn)了什么數(shù)據(jù)通路，進(jìn)行了什么運(yùn)算？答： LDA，LDB?ART?多路開(kāi)關(guān) ?BUS，

14、進(jìn)行的是算數(shù)運(yùn)算，保留。4、置 ALU_B=0、LDA=0、LDB=0、置（ S3、S2、S1、S0、M）=10101，實(shí)現(xiàn)了什么數(shù)據(jù)通路，進(jìn)行了什么運(yùn)算？答： LDA，LDB?ART?多路開(kāi)關(guān) ?BUS，進(jìn)行的是算數(shù)運(yùn)算， F=A+B+FC。5、置 ALU_B=0、 LDA=0、LDB=0、置（ S3、S2、S1、S0、M）=10101，運(yùn)算結(jié)果是多少？答： F=A+B+FC，F(xiàn)C=0時(shí) F=0D，F(xiàn)C=1時(shí)， F=0E。6、你對(duì) 74181 的功能有哪些認(rèn)識(shí)？答：74181 是 4 位的算邏單元，其中紅色的標(biāo)示為輸入信號(hào)，綠色的標(biāo)示為輸出信號(hào)。其中 A/B 為兩個(gè)輸入的操作數(shù)據(jù)， F 為輸出的結(jié)