1、計算機組成原理課程設計實驗報告學院：計算機科學與工程學院專業：網絡工程 班級： 學號：姓名： 評分： 2012年5月30日實驗一 驗證74ls181運算和邏輯功能一、實驗目的：1、掌握算術邏輯單元（alu）的工作原理；2、熟悉簡單運算器的數據傳送通路；3、畫出邏輯電路圖及布出美觀整齊的接線圖；4、驗證4位運算功能發生器（74ls181）組合功能。二、實驗原理：1.alu能進行多種算術運算和邏輯運算。4位alu_74ls181能進行16種算術運算和邏輯運算。功能表如下： 方式m=1 邏輯運算 m=0 算術運算s3 s2 s1 s0邏輯運算cn=1(無進位)cn=0(有進位) 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=負1（補碼形式）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減b減1f=a減b 0 1 1 1f=a/bf=a(/b)減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減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減1f=a(上表中的“/”表示求反)2、具體示例功能解析（1）a、s、d、f鍵分別控制u1單元的輸入，通過選擇高低電平，輸入四位二進制數，在u1單元顯示為一位十六進制數，例如：a為高電平，s為低電平，d為高電平，f為低電平，則u1將顯示為5；同理，g、h、j、k鍵分別控制u2單元的輸入；（2）z、x、c、v鍵分別作為74ls181

4、n的s0、s1、s2、s3運算選擇控制端的開關，實現決定電路執行哪一種運算；（3）cn引腳是最低位進位輸入控制引腳，cn=0，表示有進位，cn=1，表示無進位；m引腳為狀態控制端，表示邏輯運算，表示算術運算；（4）f3、f2、f1、f0均為數據輸出引腳，f3為最高位。74ls181電路示意圖3、alu-74ls181引腳說明：m=1 邏輯運算，m=0 算術運算。 引腳 說明m 狀態控制端m=1 邏輯運算；m=0 算術運算s3 s2 s1 s0運算選擇控制s3 s2 s1 s0 決定電路執行哪一種算術a3 a2 a1 a0運算數1，引腳3為最高位b3 b2 b1 b0運算數2，引腳3為最高位cn

5、 最低位進位輸入cn=0 有進位；cn=1 無進位cn+4 本片產生的進位信號cn+4=0 有進位；cn+4=1 無進位f3 f2 f1 f0f3 f2 f1 f0 運算結果，f3為最高位三、實驗內容：如上圖所示，m=0，進行算術運算，cn=1，表示無進位，、分別為，因此對應的運算為：加，由此可見實驗結果正確。如上圖所示，m=，進行邏輯運算，、分別為，因此對應的運算為：，由此易知實驗結果正確。如上圖所示，m=0，進行算術運算，cn=，表示有進位，、分別為，對應的運算為：加加，由此易知實驗結果正確。綜上驗證74ls181型4位alu的邏輯算術功能，列出結果如下表：s3 s2 s1 s0數據1數據

6、2算術運算（m=0）邏輯運算（m=1）cn=1(無進位)cn=0(有進位)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、總結及心得體會：通過本實驗，我初步熟悉并掌握了如何使用multisim軟件，剛開始使用這個軟件時，感覺不知從何下手，通過查詢資料、和同學交流漸漸學會了基本操作。創建電路時不僅要細心，更要有耐心，按照實驗要求畫出邏輯電路圖，使接線美觀整齊。對算術邏輯單元（alu）的工作原理有了更深刻的認識，掌握了有關數字元件的功能和使用方法，總之本次實驗使我的實踐能力增強，將理論和實驗結合，使我對相關知識有了更全面的理解。實驗二 運算器(2)一、實驗目的：、熟練掌握算術邏輯單元（alu）的應用方

8、法；、進一步熟悉簡單運算器的數據傳送原理；、畫出邏輯電路圖及布出美觀整齊的接線圖；、熟練掌握有關數字元件的功能和使用方法；、熟練掌握子電路的創建及使用。二、實驗原理：本實驗仿真單總線結構的運算器，原理如圖5，相應電路如圖6。電路圖中，上右下三方的8條線模擬8位數據總線；k8產生所需數據；74244層次塊為三態門電路；將部件與總線連接或斷開，切記總線上只能有一個輸入；兩個74273層次塊作為暫存工作寄存器dr1和dr2；兩個74374層次塊作為通用寄存器組（鑒于電路排列情況，只畫出兩個通用寄存器gr1和gr2，如果可能的話可設計4個或8個通用寄存器）；眾多的開關作為控制電平或打入脈沖；眾多的8段

9、代碼管顯示相應位置的數據信息；核心為8位alu層次塊。通 用寄存器abalu圖5：單總線結構的運算器示意圖三、實驗內容：在multisim畫出電路圖并仿真，完成如下操作。1.說明整個電路工作原理。答: k8產生所需數據，打開74ls244層次塊三態門電路,將產生數據輸入總線，將數據存入通用寄存器組gr1和gr2；通過其他 74ls244的開關，將通用寄存器里的數據放到74ls273層次塊作為的暫存工作寄存器dr1和dr2中；將dr1和dr2中的數據通過核心8位alu層次塊運算，將結果又保存到gr1或者gr2中。眾多的開關作為控制電平或打入脈沖；眾多的8段代碼管顯示相應位置的數據信息；2.說明7

10、4ls244n的功能及其在電路中的作用，及輸入信號g有何作用；答：74ls244層次塊為三態門電路，在電路中將部件與總線連接或斷開，起開關作用，當g為低電平時，芯片導通，能正常工作。g為高電平時，芯片不能讀取數據。 3.說明74ls273n的功能及其在電路中的作用，及輸入信號clk有何作用；答：74ls273作為暫存工作寄存器，在電路中臨時寄存數據，clk為控制信號，連接芯片的使能端，上跳沿觸發工作。4.說明74ls374n的功能及其在電路中的作用，及輸入信號clk和oc有何作用；答：74ls374層次塊作為通用寄存器組，在電路中寄存數據，另具有三態門的作用。clk上跳沿觸發工作。oc為使能控

11、制信號，低電平時，部件連接，oc為高電平時，部件斷開。5.k8產生任意數據存入通用寄存器gr1。答：(1) k8確定任意數（測試時可指定一個2位16進制數）；(2) q =0（低電平），數據送總線；(3) u（正跳變）且y=0.該數存入gr16.k8產生任意數據存入通用寄存器gr2。答：(1) k8確定任意數（測試時可指定一個2位16進制數）；(2) q=0（低電平），數據送總線(3) p且o=0。該數送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（對應

12、bvcx四鍵）、cin=1（對應n鍵）、m=0（對應m鍵），此時結果在alu的輸出端，令z=0，結果送總線，u結果存入gr1.8.完成gr1- gr2gr1。答：前2步同上；s3s0=0110b（對應xcvb四鍵）、cin=1（對應n鍵）、m=0（對應m鍵），z=0，p。9.完成gr1gr2gr1。答：前2步同上；s3s0=1011b（對應xcvb四鍵）m=1（對應m鍵），z=0，u。10.完成gr1gr2gr1。答：前2步同前；s3s0=1110b（對應xcvb四鍵）、m=1（對應m鍵），z=0，p。11.完成gr1gr2gr1。答：(1)i=0、w=0、e，gr1dr1；(2)s3s0=0000b（對應xcvb四鍵）、m=1（對應m鍵），z=0，p。12.gr1gr2。（“”表示邏輯非運算）答：(1)i=0、w=0、e，gr1dr1；(2)s3s0=0000b（對應xcvb四鍵）、m=1（對應m鍵），z=0，u。13.gr2gr1。答：(1)space=0、r=0、t，gr2dr2；(2)s3s0=0101b（對應xcvb四鍵）、m=1（對應m鍵），z=0，u。圖6：運算器示意圖實驗中的一些截圖 （1） k8產生2存入通用寄存器gr1（2）k8產生4存入通用寄存器gr2四、總結及心得體會：剛開始我以為實驗二跟實驗一