運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

PAGEPAGE1運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)號(hào)：姓名：成績(jī)：學(xué)號(hào)：姓名：成績(jī)：

一、實(shí)驗(yàn)名稱：總線、半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1．熟悉函數(shù)功能發(fā)生器的功能、使用方法。2．熟悉運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路。3．完成幾種算邏運(yùn)算操作，加深對(duì)運(yùn)算器工作原理的理解。三、實(shí)驗(yàn)原理運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算操作的重要部件，它的核心是ALU函數(shù)功能發(fā)生器（由EPM7064S構(gòu)成），其次還要有存放操作數(shù)和運(yùn)算的中間結(jié)果之寄存器以及傳送數(shù)據(jù)的總線等部分。選用不同的控制信號(hào)，運(yùn)算器可以完成不同的運(yùn)算功能。1．函數(shù)功能發(fā)生器(ALU)的功能。該函數(shù)功能發(fā)生器(ALU)，當(dāng)輸入為Aj、Bj，對(duì)應(yīng)輸出為Fj(j=0,1,2,3,4,5,6,7)，它可實(shí)現(xiàn)8種不同的算術(shù)運(yùn)算和邏輯算，而且通過對(duì)控制參數(shù)SEL2～SEL0S0來選擇。2．?dāng)?shù)據(jù)傳送通路實(shí)驗(yàn)電路方案實(shí)驗(yàn)方案框圖見圖2—5所示。圖中SA、SB為存放兩個(gè)現(xiàn)行操作的緩沖寄存器，其中SA兼作存放中間結(jié)果的累加器，并且可以通過SA所連接的八個(gè)數(shù)據(jù)燈顯示。SA、SB接收來自總線的數(shù)據(jù)信息送入ALU進(jìn)行算術(shù)或邏輯操作。通過移位門將運(yùn)算操作結(jié)果送到總線。并且ALU和總線之間需用三態(tài)門隔離(采用74LS245)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．按照實(shí)驗(yàn)電路方案框圖，設(shè)計(jì)一個(gè)能完成下列八種補(bǔ)碼運(yùn)算指令的八位運(yùn)算器。該運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)的八種功能如表2—1所示。表2—1：2.根據(jù)運(yùn)算器設(shè)計(jì)，選擇所需元器件，畫出實(shí)驗(yàn)電路的詳細(xì)邏輯圖，對(duì)開關(guān)，單脈沖等定義。因?yàn)楹蜕洗螌?shí)驗(yàn)類似，也是絕大多數(shù)的器件在“數(shù)據(jù)通路”中已安排好，只要控制各個(gè)控制點(diǎn)即可，除了開關(guān)組通過三態(tài)傳輸門(74LS245)的接法和實(shí)驗(yàn)一一樣外，設(shè)置一個(gè)指令寄存器(IR)，用74LS573擔(dān)當(dāng)IR。通過八根連接線和“數(shù)據(jù)通路”中的八位總線連接起來。存放ALU的控制信息SEL2～SEL0。為了便于觀察IR中內(nèi)容，可以在IR的輸出端同時(shí)接上三個(gè)電平顯示燈。有的同學(xué)如用三個(gè)電平開關(guān)設(shè)置SEL2～SLE0。當(dāng)然可以得出結(jié)果，但是由于IR是一個(gè)不可缺少的計(jì)算機(jī)部件，為了達(dá)到完整熟悉計(jì)算機(jī)各組成部分的目的，這里專門設(shè)置了指令寄存器IR。3．在電路上進(jìn)行表2—1所列的八種指令的手動(dòng)操作，每次一條指令。實(shí)驗(yàn)時(shí)可由數(shù)據(jù)開關(guān)輸入指令碼及操作數(shù)，予以功能的驗(yàn)證。4.本實(shí)驗(yàn)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的操作K→SA（開關(guān)輸入的第一個(gè)操作數(shù)置入SA，LED顯示）K→SB（開關(guān)輸入的第二個(gè)操作數(shù)置入SB，無顯示）K→IR（開關(guān)輸入的ALU控制代碼置入IR）ALU運(yùn)算結(jié)果通過ALU－244→SA（將運(yùn)算結(jié)果送SA顯示）具體實(shí)驗(yàn)過程（僅僅作為參考）如下：1）從輸入設(shè)備（八個(gè)鈕子開關(guān)）置入第一個(gè)數(shù)據(jù)，74LS245的E＝0，74LS573的C由“0”變?yōu)椤?”（鎖存）后再變?yōu)椤?”（保持）；送入Sa（該寄存器接有LED顯示）；2）從輸入設(shè)備（八個(gè)鈕子開關(guān)）置入第一個(gè)數(shù)據(jù)，74LS245的E＝0，74LS573的C由“0”變?yōu)椤?”（鎖存）后再變?yōu)椤?”（保持）；送入Sb（該寄存器沒有接LED顯示）；3）從輸入設(shè)備（八個(gè)鈕子開關(guān)）將需要進(jìn)行運(yùn)算操作（如加法操作）的控制代碼（具體內(nèi)容可見表3－4）置入到IR，74LS245的E＝0，74LS573的C由“0”變?yōu)椤?”（鎖存）后再變?yōu)椤?”（保持）；4）控制接通ALU-244，使運(yùn)算結(jié)果上總線；5）將結(jié)果置入Sa，并通過所接的LED將結(jié)果顯示出來。五、測(cè)試結(jié)果與性能分析1、測(cè)試結(jié)果：1）數(shù)據(jù)A準(zhǔn)備→三態(tài)門①打開→給寄存器Sa脈沖→數(shù)據(jù)進(jìn)入Sa；數(shù)據(jù)B準(zhǔn)備→給寄存器Sb脈沖→數(shù)據(jù)進(jìn)入Sb；數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（指令）→給指令寄存器IR脈沖→指令進(jìn)入IR→三態(tài)門①關(guān)閉；2）ALU按照指令進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果進(jìn)入總線→三態(tài)門②（寄存器Sa往顯示燈）打開→給寄存器Sa脈沖→顯示燈顯示計(jì)算結(jié)果實(shí)驗(yàn)輸入三組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算00010000–00000001=00001111；00010101&00001010=00000000；00001000+00000110=00001110；2、性能分析單總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳送慢，使用多總線結(jié)構(gòu)可以提高數(shù)據(jù)傳送效率另外，EPM7064S器件性能介紹：

高性能和EEPROM的可編程邏輯器件（PLD）的第二代基于Max架構(gòu)

5.0-V在系統(tǒng)可編程能力（ISP）

具有完整的EPLD的邏輯密度

5納秒引腳到引腳的邏輯延時(shí)高達(dá)175.4MHz的計(jì)數(shù)器頻率（包括互連）六、課程設(shè)計(jì)總結(jié)（包括設(shè)計(jì)的總結(jié)和需要改進(jìn)之處及體會(huì)）通過這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，我們可以了解運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路的工作原理，各組數(shù)據(jù)的走向和時(shí)間邏輯關(guān)系，也更清楚認(rèn)識(shí)了指令控制的重要性。另外這是第一次在電腦上對(duì)運(yùn)算器芯片的引腳進(jìn)行設(shè)置，稍微有一點(diǎn)差錯(cuò)就會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異，因此使得我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中更加專注和仔細(xì)。這次實(shí)驗(yàn)的分工也很明確，我負(fù)責(zé)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上搭線，張成濤同學(xué)負(fù)責(zé)在電腦上設(shè)置運(yùn)算器引腳。但最終因?yàn)閷?shí)驗(yàn)臺(tái)的更換問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有調(diào)試出來。換了一個(gè)電腦進(jìn)行引腳設(shè)置