计算机组成原理实验-运算器组成实验报告

曾国江—计算机组成原理实验报告 - 0 - 计算机组成原理课程实验报告9.3 运算器组成实验姓 名： 曾国江 学 号： 系 别： 计算机工程学院 班 级： 网络工程1班 指导老师： 完成时间： 评语：得分：曾国江—计算机组成原理实验报告 - 1 - 9.3运算器组成实验 一、实验目的 1．熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。 2．熟悉简单运算器的数据传送通路。 3．验证运算器74LS181的算术逻辑功能。 4．按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。 二、实验电路 ALU-BUS# DBUS7 DBUS0 Cn# C 三态门(244) 三态门(244) ALU(181) ALU(181) S3 S2 S1 S0 M A7A6A5A4 F7F6F5F4 F3F2F1F0 B3B2B1B0 Cn+4 Cn Cn Cn+4 LDDR2 T2 T2 LDDR1 LDRi T3 SW-BUS# DR1(273) DR2(273) 双端口通用寄存器堆RF (ispLSI1016) RD1 RD0 RS1 RS0 WR1 WR0 数据开关(SW7-SW0) 数据显示灯 A3A2A1A0 B7B6B5B4 图3.1 运算器实验电路 LDRi T3 A B 三 态 门 RS-BUS# 图3.1示出了本实验所用的运算器数据通路图。参与运算的数据首先通过实验台 操作板上的八个二进制数据开关SW7-SW0来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆RF曾国江—计算机组成原理实验报告 - 2 - 中。 RF(U30)由一个ispLSI1016实现，功能上相当于四个8位通用寄存器，用于保存 参与运算的数据，运算后的结果也要送到RF中保存。双端口寄存器堆模块的控制信号 中，RS1、RS0用于选择从B端口(右端口)读出的通用寄存器，RD1、RD0用于选择从 A端口(左端口)读出的通用寄存器。而WR1、WR0用于选择写入的通用寄存器。LDRi 是写入控制信号，当LDRi＝1时，数据总线DBUS上的数据在T3写入由WR1、WR0指定 的通用寄存器。RF的A、B端口分别与操作数暂存器DR1、DR2相连；另外，RF的B端 口通过一个三态门连接到数据总线DBUS上，因而RF中的数据可以直接通过B端口送 到DBUS上。 DR1和DR2各由1片74LS273构成，用于暂存参与运算的数据。DR1接ALU的A输 入端口，DR2接ALU的B输入端口。ALU由两片74LS181构成，ALU的输出通过一个三 态门(74LS244)发送到数据总线DBUS上。 实验台上的八个发光二极管DBUS7-DBUS0显示灯接在DBUS上，可以显示输入数据 或运算结果。另有一个指示灯C显示运算器进位标志信号状态。 图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，其中 S3、S2、S1、S0、M、Cn#、LDDR1、LDDR2、ALU_BUS#、SW_BUS#、LDRi、RS1、RS0、RD 1、RD0、WR1、WR0都是电位信号，在本次实验中用拨动开关K0—K15来模拟；T2、T3 为时序脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路。实验中进行单拍操作，每次 只产生一组T1、T2、T3、T4时序脉冲，需将实验台上的DP、DB开关进行正确设置。 将DP开关置1，DB开关置0，每按一次QD按钮，则顺序产生T1、T2、T3、T4一组单 脉冲。 三、实验设备 1.TEC-5计算机组成实验系统1台 2.逻辑测试笔一支(在TEC-5实验台上) 3.双踪示波器一台(公用) 4.万用表一只(公用) 四、实验任务曾国江—计算机组成原理实验报告 - 3 - 1、按图3.1所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。由于运 算器模块内部的连线已由印制板连好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信 号模拟开关、与运算器模块的外部连线。注意：为了建立清楚的整机概念，培养 严谨的科研能力，手工连线是绝对必要的。 2.用开关SW7—SW0向通用寄存器堆RF内的R0—R3寄存器置数。然后读出R0—R3 的内容，在数据总线DBUS上显示出来。 3.验证ALU的正逻辑算术、逻辑运算功能。令DR1=55H，DR2=0AAH，Cn#=1。在M=0和M=1两种情况下，令S3—S0的值从 0000B变到1111B，列表表示出实验结果。实验结果包含进位C，进位C由指示灯显示。 注意：进位C是运算器ALU最高位进位Cn+4#的反，即有进位为1，无进位为0。 五、实验要求 1.做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路及其功能特性，并熟悉本实验中所用 的模拟开关的作用和使用方法。 2.写出实验报告，内容是：(1) 实验目的。 (2) 按实验任务3的要求，列表表示出实验结果。 (3) 按实验任务4的要求，在表中填写各控制信号模拟开关值，以及运算结果 值。 六、实验步骤和实验结果 (1) 、实验任务2的实验步骤和结果如下：(假定RO=66H,R1=99H) 1.置DP=1，DB=0，编程开关拨到正常位置。 接线表如下： 数据通路 WR0 WR1 RS0 RS1 SW_BUS# RS_BUS# LDRi 电平开关 K0 K1 K2 K3 K3 K5 K6 2.打开电源曾国江—计算机组成原理实验报告 - 4 -以下2条是将66H、99H分别写入R0、R1 3.置K0(WR0)=0，K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1，K6(LDRi)=1，SW7-SW0=66H.在DBUS上将观察到DBUS=66H.按QD按钮将66H写入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上将观察到DBUS=99H.按QD按钮将99H写入R1。 R0，拨动SW7-SW0开关如下： SW7 SW6 SW5 SW4 SW3 SW2 SW1 SW0 0 1 1 0 0 1 1 0 拨动数据通路开关如下： 数据通路 WR0 WR1 SW- BUS# RS- BUS# LDRi 电平开关 0 0 0 1 1 DBUS观察情况： 0110 0110 按动QD，将66H数据写入R0。 R1，拨动SW7-SW0开关如下： SW7 SW6 SW5 SW4 SW3 SW2 SW1 SW0 1 0 0 1 1 0 0 1 拨动数据通路开关如下： 数据通路 WR0 WR1 SW-BUS# RS-BUS# LDRi 电平开关 1 0 0 1 1 DBUS观察情况： 1001 1001 按动QD，将99H数据写入R1。以下2条是在DBUS总线上显示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上将观察到DBUS=66H。 6.置K2(RS0)=1，K