計算機組成原理實驗-運算器組成實驗報告

1、計算機組成原理課程實驗報告 9.3 運算器組成實驗 姓 名： 曾國江 學(xué) 號： 系 別： 計算機工程學(xué)院 班 級： 網(wǎng)絡(luò)工程1班 指導(dǎo)老師： 完成時間： 評語： 得分：9.3運算器組成實驗一、實驗?zāi)康?熟悉雙端口通用寄存器堆的讀寫操作。2熟悉簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路。3驗證運算器74LS181的算術(shù)邏輯功能。4按給定數(shù)據(jù)，完成指定的算術(shù)、邏輯運算。二、實驗電路圖3.1示出了本實驗所用的運算器數(shù)據(jù)通路圖。參與運算的數(shù)據(jù)首先通過實驗臺操作板上的八個二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)SW7-SW0來設(shè)置，然后輸入到雙端口通用寄存器堆RF中。RF(U30)由一個ispLSI1016實現(xiàn)，功能上相當(dāng)于四個8位通用寄存器，用

2、于保存參與運算的數(shù)據(jù)，運算后的結(jié)果也要送到RF中保存。雙端口寄存器堆模塊的控制信號中，RS1、RS0用于選擇從B端口（右端口）讀出的通用寄存器，RD1、RD0用于選擇從A端口（左端口）讀出的通用寄存器。而WR1、WR0用于選擇寫入的通用寄存器。LDRi是寫入控制信號，當(dāng)LDRi1時，數(shù)據(jù)總線DBUS上的數(shù)據(jù)在T3寫入由WR1、WR0指定的通用寄存器。RF的A、B端口分別與操作數(shù)暫存器DR1、DR2相連；另外，RF的B端口通過一個三態(tài)門連接到數(shù)據(jù)總線DBUS上，因而RF中的數(shù)據(jù)可以直接通過B端口送到DBUS上。DR1和DR2各由1片74LS273構(gòu)成，用于暫存參與運算的數(shù)據(jù)。DR1接ALU的A輸

3、入端口，DR2接ALU的B輸入端口。ALU由兩片74LS181構(gòu)成，ALU的輸出通過一個三態(tài)門（74LS244）發(fā)送到數(shù)據(jù)總線DBUS上。實驗臺上的八個發(fā)光二極管DBUS7-DBUS0顯示燈接在DBUS上，可以顯示輸入數(shù)據(jù)或運算結(jié)果。另有一個指示燈C顯示運算器進(jìn)位標(biāo)志信號狀態(tài)。圖中尾巴上帶粗短線標(biāo)記的信號都是控制信號，其中S3、S2、S1、S0、M、Cn#、LDDR1、LDDR2、ALU_BUS#、SW_BUS#、LDRi、RS1、RS0、RD1、RD0、WR1、WR0都是電位信號，在本次實驗中用撥動開關(guān)K0K15來模擬；T2、T3為時序脈沖信號，印制板上已連接到實驗臺的時序電路。實驗中進(jìn)行單

4、拍操作，每次只產(chǎn)生一組T1、T2、T3、T4時序脈沖，需將實驗臺上的DP、DB開關(guān)進(jìn)行正確設(shè)置。將DP開關(guān)置1，DB開關(guān)置0，每按一次QD按鈕，則順序產(chǎn)生T1、T2、T3、T4一組單脈沖。三、實驗設(shè)備1.TEC-5計算機組成實驗系統(tǒng)1臺2.邏輯測試筆一支（在TEC-5實驗臺上）3.雙蹤示波器一臺（公用）4.萬用表一只（公用）四、實驗任務(wù)1、按圖3.1所示，將運算器模塊與實驗臺操作板上的線路進(jìn)行連接。由于運算器模塊內(nèi)部的連線已由印制板連好，故接線任務(wù)僅僅是完成數(shù)據(jù)開關(guān)、控制信號模擬開關(guān)、與運算器模塊的外部連線。注意：為了建立清楚的整機概念，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲心芰Γ止みB線是絕對必要的。2.用開關(guān)SW

5、7SW0向通用寄存器堆RF內(nèi)的R0R3寄存器置數(shù)。然后讀出R0R3的內(nèi)容，在數(shù)據(jù)總線DBUS上顯示出來。3.驗證ALU的正邏輯算術(shù)、邏輯運算功能。 令DR1=55H，DR2=0AAH，Cn#=1。在M=0和M=1兩種情況下，令S3S0的值從0000B 變到1111B，列表表示出實驗結(jié)果。實驗結(jié)果包含進(jìn)位C，進(jìn)位C由指示燈顯示。注 意：進(jìn)位C是運算器ALU最高位進(jìn)位Cn+4#的反，即有進(jìn)位為1，無進(jìn)位為0。五、實驗要求1.做好實驗預(yù)習(xí)，掌握運算器的數(shù)據(jù)傳輸通路及其功能特性，并熟悉本實驗中所用的模擬開關(guān)的作用和使用方法。2.寫出實驗報告，內(nèi)容是： (1) 實驗?zāi)康?。?） 按實驗任務(wù)3的要求，列表

6、表示出實驗結(jié)果。（3） 按實驗任務(wù)4的要求，在表中填寫各控制信號模擬開關(guān)值，以及運算結(jié)果值。六、實驗步驟和實驗結(jié)果（1） 、實驗任務(wù)2的實驗步驟和結(jié)果如下：（假定RO=66H,R1=99H）1. 置DP=1，DB=0，編程開關(guān)撥到正常位置。接線表如下：數(shù)據(jù)通路WR0WR1RS0RS1SW_BUS#RS_BUS#LDRi電平開關(guān)K0K1K2K3K3K5K62. 打開電源 以下2條是將66H、99H分別寫入R0、R13. 置K0(WR0)=0，K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1，K6(LDRi)=1， SW7-SW0=66H.在DBUS上將觀察到DBUS=6

7、6H.按QD按鈕將66H寫入R0。4. 置K0(WR0)=1,K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1，K6(LDRi)=1, SW7-SW0=99H.在DBUS上將觀察到DBUS=99H.按QD按鈕將99H寫入R1。R0，撥動SW7-SW0開關(guān)如下：SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW001100110撥動數(shù)據(jù)通路開關(guān)如下：數(shù)據(jù)通路WR0WR1SW-BUS#RS-BUS#LDRi電平開關(guān)00011DBUS觀察情況： 0110 0110 按動QD，將66H數(shù)據(jù)寫入R0。R1，撥動SW7-SW0開關(guān)如下：SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW0

8、10011001撥動數(shù)據(jù)通路開關(guān)如下：數(shù)據(jù)通路WR0WR1SW-BUS#RS-BUS#LDRi電平開關(guān)10011DBUS觀察情況： 1001 1001 按動QD，將99H數(shù)據(jù)寫入R1。 以下2條是在DBUS總線上顯示R0、R1的值5. 置K2(RS0)=0，K3(RS1)=0，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0，K6(LDRi)=0,在DBUS上將觀察到DBUS=66H。6. 置K2(RS0)=1，K3(RS1)=0，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0，K6(LDRi)=0,在DBUS上將觀察到DBUS=99H。顯示R0數(shù)據(jù)通路RS0RS1SW-BUS#

9、RS-BUS#LDRi電平開關(guān)00100DBUS觀察情況： 0110 0110 顯示R1數(shù)據(jù)通路RS0RS1SW-BUS#RS-BUS#LDRi電平開關(guān)10100DBUS觀察情況： 1001 1001 （2） 實驗任務(wù)3的實驗步驟和實驗結(jié)果如下：1. 置DP=1，DB=0，編程開關(guān)撥開到正常位置。 接線圖如下：數(shù)據(jù)通路WR0WR1RD0RD1RS0RS1LDRi電平開關(guān)K0K1K2K3K4K5K6數(shù)據(jù)通路LDDR1LDDR2S0S1S2S3M電平開關(guān)K7K7K8K9K10K11K12數(shù)據(jù)通路ALU_BUS#SW_BUS#電平開關(guān)K13K14數(shù)據(jù)通路的信號Cn#接VCC。2.接通電源以下2條是向

10、R0寫入66H,向R1寫入99H。3.置K0（WP0）=0，K1（WR1）=0，K6（LDRi）=1，K13（ALU_BUS#）=1，K14（SW_BUS#）=0。設(shè)置SW7-SW0為66H，按下QD按鈕，將66H寫入到R0中。4.置K0（WP0）=1，K1（WR1）=0，K6（LDRi）=1，K13（ALU_BUS#）=1，K14（SW_BUS#）=0。設(shè)置SW7-SW0為99H，按下QD按鈕，將99H寫入到R1中。R0數(shù)據(jù)開關(guān)SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW001100110數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路WR0WR1SW-BUS#ALU-BUS#LDRi開關(guān)名稱K0K1K14K13K6電平

11、開關(guān)00011按動QDR1數(shù)據(jù)開關(guān)SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW010011001數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路WR0WR1SW-BUS#ALU-BUS#LDRi開關(guān)名稱K0K1K14K13K6電平開關(guān)10011按動QD以下1條是將R0寫入DR1，將R1寫入DR2。5.置K2（RD0）=0，K3（RD1）=0，K4（RS0）=1，K5（RS1）=0，K6（LDRi）=0，K7（LDDR1 和 LDDR2）=1，按下QD按鈕，將R0寫入DR1，將R1寫入DR2。這時DR1=66H，DR2=99H。數(shù)據(jù)通路RD0RD1RS0RS1LDRiLDDR1LDDR2開關(guān)名稱K2K3K4K5K6K7K7電

12、平開關(guān)0010011 M=H（即：M=1），邏輯運算部分6. 置K6（LDRi）=1，K7（LDDR1 和 LDDR2）=0，K8（S0）=0，K9（S1）=0，K10（S2）=0，K11（S3）=0，K12（M）=1，K13（ALU_BUS#）=0，K14（SW_BUS#）=1。在數(shù)據(jù)總線DBUS上觀察到邏輯運算結(jié)果99H。按下QD按鈕，觀察到進(jìn)位C為0。7.在其他開關(guān)設(shè)置都不變的情況下，只改變K8（S0），K9（S1），K10（S2），K11（S3）的設(shè)置，觀察其他15種邏輯運算結(jié)果，并按下QD按鈕，觀察到進(jìn)位C的變化。開關(guān)如下：數(shù)據(jù)通路LDRiLDDR1LDDR2MALU-BUS#SW-

13、BUS#開關(guān)名稱K6K7K7K12K13K14電平開關(guān)100101M=L（即：M=0），算術(shù)運算部分8. 置K6（LDRi）=1，K7（LDDR1 和 LDDR2）=1，K8（S0）=0，K9（S1）=0，K10（S2）=0，K11（S3）=0，K12（M）=0，K13（ALU_BUS#）=0，K14（SW_BUS#）=1。在數(shù)據(jù)總線DBUS上觀察到算數(shù)運算結(jié)果66H。按下QD按鈕，觀察到進(jìn)位C為0。9. .在其他開關(guān)設(shè)置都不變的情況下，只改變K8（S0），K9（S1），K10（S2），K11（S3）的設(shè)置，觀察其他15種邏輯運算結(jié)果，并按下QD按鈕，觀察到進(jìn)位C的變化。工作方式輸入選擇 S3

14、 S2 S1 S0邏輯運算（M=H,Cn#=1）算術(shù)運算（M=L,Cn#=1）運算結(jié)果進(jìn)位C運算結(jié)果進(jìn)位C0 0 0 099H066H00 0 0 100H00FFH00 0 1 099H066H0 0 0 1 100H00FFH00 1 0 00FFH00CCH 0 0 1 0 166H065H 10 1 1 00FFH00CCH 10 1 1 166H065H11 0 0 099H066H01 0 0 100H00FFH01 0 1 099H066H01 0 1 100H00FFH01 1 0 00FFH032H11 1 0 166H065H11 1 1 00FFH00CCH01 1 1

15、166H065H1實驗結(jié)果分析與結(jié)論：DR1 = 66H = 0110 0110 DR2 = 99H = 1001 10011. 當(dāng)M=1時，所有指令都執(zhí)行邏輯運算 0000 取反 參加運算的只有來自DR1的數(shù)據(jù) !DR1 = 1001 1001 = 99H 0001 或非 !(DR1+DR2) = !(0110 0110 + 1001 1001) = !() = = 00H 0010 (!DR1 & DR2) = 1001 1001 & 1001 1001 = 1001 1001 = 99H 0011 F=0 0100 與非 !(DR1 & DR2) = !(0110 0110 & 1001

16、 1001) = = 0FFH 0101 取反 參加運算的只有來自DR2的數(shù)據(jù) !DR2 = !(1001 1001) = 0110 0110 = 66H 0110 異或 (DR1 XOR DR2) = (0110 0110 XOR 1001 1001) = = 0FFH 0111 (DR1 & !DR2) = （0110 0110 & 0110 0110）= 0110 0110 = 66H 1000 (!DR1 + DR2) = (1001 1001 + 1001 1001) = 1001 1001 = 99H 1001 同或 !(DR1 XOR DR2) = !(0110 0110 XOR

17、 1001 1001) = = 00H 1010 F = B = 99H 1011 與 (DR1 AND DR2) = (0110 0110 AND 1001 1001) = = 00H 1100 F = 1 = 0FFH 1101 (DR1 + !DR2) = (0110 0110 +0110 0110) = 0110 0110 = 66H 1110 或 (DR1 + DR2) = (0110 0110 + 1001 1001) = = 0FFH 1111 F = DR1 = 66H 由于以上都是邏輯運算，所以沒有進(jìn)位2. 當(dāng)M=0時，所有指令都執(zhí)行算術(shù)運算 0000 F = DR1 = 6

18、6H C = 0 0001 F = DR1+DR2 = 0110 0110 + 1001 1001 = = 0FFH ,C = 0 0010 F = DR1+!DR2 = 0110 0110 = 66H , C = 0 0011 F = F - 1 = + = = 0FFH , C = 0 0100 F = DR1 + DR1 !DR2 = 0110 0110 + 0110 0110 = 1100 1100 = 0CCH ,C = 0 0101 F = (DR1 + DR2)+ DR1 !DR2 = () + (0110 0110) = (0110 0101) = 65H , C = 1 0110 F = (DR1 - DR2 - 1) = (0110 0110 -1001 1001+1111 1111) = 0CCH ,C = 1 0111 F = DR1 !DR2- 1 = 0110 0110 + = 0110 0101 = 64H ,C = 1 1000 F = DR1 + DR1 DR2 = 0110 0110+ = 0110 0110 = 66H , C = 0 1001 F = DR1 + DR2 = = 0FFH , C = 0 1010 F