1、成績:計算機原理實驗室實驗報告課程：計算機組成原理姓名：袁通專業：軟件工程學號：152056136日期：2017年6月太原工業學院計算機工程系實驗一：運算器實驗實驗環境 PC機+ Win 2007 （旗艦版+ proteus仿真器實驗日期201766一實驗內容基本要求1. 熟悉proteus仿真系統2. 設計并驗證4位算數邏輯單元的功能擴展要求1.實現8位二進制算數邏輯單元思考內容思考單總線，雙總線和三總線結構在設計上的異同二.理論分析或算法分析（1）理論分析：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，功能表如下所示：工作選擇邏輯運算（M=1

2、）算術運算（M=0S3 S2 S1 S0邏輯運算CN=1 （無進位）CN=0 （有進位）0 0 0 0F=/AF=AF=A 加 10 0 0 1F=/(A+B)F=(A+B)F=(A+B)加 10 0 1 0F=(/A)BF=A+/BF=(A+/B)力口 10 0 1 1F=0卩=負1 （補碼形式）F=00 1 0 0F=/(AB)F=A 加 A(/B)F=A 加 A/B 加 10 1 0 1F=/BF=(A+B)加 A/BF=(A+B)加 A/B 加 10 1 1 0F=A® BF=A減B減1F=A 減 B0 1 1 1F=A/BF=A(/B)減 1F=A(/B)1 0 0 0F=

3、/A+BF=A 力口 ABF=A 力口 AB力口 11 0 0 1F=/( A ® B)F=A 加 BF=A加B加11 0 1 0F=BF=(A+/B)加 ABF=(A+/B)加 AB 加 11 0 1 1F=ABF=AB 減 1F=AB1 1 0 0F=1F=A 加 AF=A加A加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加 AF=(A+B)加 A 加 11 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加 AF=(A+/B)加 A 加 11 1 1 1F=AF=A 減 1F=A（2）基本要求和擴展要的主要區別:基本只利用了一個 74IS181，由A和B兩個操作數，實現基本的4位2進制數的運

4、算。 而擴展要求使用了 2個74ls181 , 1個位AB操作數的第四位第 2個是AB操作數的高四位, 低位芯片的進位輸出端 Cn+4與高位芯片的進位輸入端 Cn相連，使低4位運算產生的進 位送進高4位運算中。實現 8位二進數的16中操作。三.實現方法（含實現思路、程序流程圖、實驗電路圖和源程序列表等）（1）設計并驗證4位算數邏輯單元的功能：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

5、B0運算數2，引腳3為最高位Cn最低位進位輸入Cn=O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（2）74LS181的A3 A2 A1 A0，B3 B2 B1 B0作為輸入端口，分別輸入二進制數值，然后 用運算選擇控制端口 S3 S2 S1 S0來選擇執行什么操作，通過改變控制端口的操作來觀察 輸出結果的不同。（3）實現輸入輸出鎖存輸入設備數據開關經一個三態門（74LS273 ）和數據總線相連。輸出設備經一鎖存器（74LS273）實現，蓋鎖存起的輸入端和數據總線相連，輸出端以二進制

6、的形式輸出結果。 實驗電路如下圖所示：四.實驗結果分析（ 含執行結果驗證、輸岀顯示信息、圖形、調試過程中所遇的問題及處理方法等）（一）1. 基本實驗驗證74LS181型4位ALU的邏輯算術功能，填寫下表（下表中的“ / ”表示求反）:S3S2S1S0A3A2A1A0B3B2B1B0算術運算（M=0邏輯運算（M=1）CN=1（無進位）CN=0（有進位）100100011001F=A加 B （圖 1）F=A加B加（圖2）F=/（A ® B）（圖 3）nJLIs咒冒 5雷0 7b-* il «!1圖32擴展實驗擴展電路圖:E爭刑a只 i mni i Ex8trri實驗結果驗證S0

7、S1S2S3數據A數據B算術運算（M=o邏輯運算（M=1）CN=1（無進位）CN=0（有進位）10010001100100011001F=00110010（圖1）F=00110011（圖2）F=11111111（圖3）圖3（二）思考問題：思考單總線，雙總線和三總線結構在設計上的異同1. 單總線結構：只有一條系統總線，所有部件通過系統總線接入。各大部件都連接在單一的一組總線上，故將這個單總線稱為系統總線。2. 雙總線結構：在單總線的基礎上增加一條專用于CPU和主存之間的數據傳送通路。這種結構保持了單總線系統簡單、易于擴充的優點，但又在CPU和主存之間專門設置了一組高速的存儲總線，使 CPU可通過專用總線與存儲器交換信息，減輕了系統的負擔。3. 三總線結構：在雙總線系統的基礎上增加 I/O總線形成的。其中，系統總線是 CPU主存和通道（IOP）之間進行數據傳送的公共通道，而I/O總線是多個外部設備與通道之間進行數據傳送的公共通道。五.結論通過這次實驗的完成，我學會了系統的應用，以及怎樣繪制一個74LS181的寄存器，從而在寄存器中實驗算數運算的過程。完成了本次實驗要求的設計并驗證了 4位算數邏輯單元、實現輸入輸出鎖存、實現 8位算數邏輯單元的實驗內容。雖然這是計算機組成原理的第一