实验1 运算器组成实验
计算机组成原理实验（接线、实验步骤）
计算机组成原理实验（接线、实验步骤）实验⼀运算器[实验⽬的]1.掌握算术逻辑运算加、减、乘、与的⼯作原理；2.熟悉简单运算器的数据传送通路；3.验证实验台运算器的8位加、减、与、直通功能；4.验证实验台4位乘4位功能。
[接线]功能开关：DB=0 DZ=0 DP=1 IR/DBUS=DBUS接线：LRW：GND（接地）IAR-BUS# 、M1、M2、RS-BUS#：接+5V控制开关：K0：SW-BUS# K1：ALU-BUSK2：S0 K3：S1 K4：S2K5：LDDR1 K6：LDDR2[实验步骤]⼀、(81)H与(82)H运算1.K0=0：SW开关与数据总线接通K1=0：ALU输出与数据总线断开2.开电源，按CLR#复位3.置数（81）H：在SW7—SW0输⼊10000001→LDDR2=1，LDDR1=0→按QD：数据送DR2置数（82）H：在SW7—SW0输⼊10000010→LDDR2=0，LDDR1=1→按QD：数据送DR1 4.K0=1：SW开关与数据总线断开K1=1：ALU输出与数据总线接通5. S2S1S0=010：运算器做加法（观察结果在显⽰灯的显⽰与进位结果C的显⽰）6.改变S2S1S0的值，对同⼀组数做不同的运算，观察显⽰灯的结果。
⼆、乘法、减法、直通等运算1.K0K1=002.按CLR#复位3.分别给DR1和DR2置数4.K0K1=115. S2S1S0取不同的值，执⾏不同的运算[思考]M1、M2控制信号的作⽤是什么？运算器运算类型选择表选择操作S2 S1 S00 0 0 A&B0 0 1 A&A(直通)0 1 0 A+B0 1 1 A-B1 0 0 A(低位)ΧB(低位)完成以下表格ALU-BUS SW-BUS# 存储器内容S2S1S0 DBUS C输⼊时：计算时：DR1：01100011DR2：10110100（与）DR1：10110100DR2：01100011（直通）DR1：01100011DR2：01100011（加）DR1：01001100DR2：10110011（减）DR1：11111111DR2：11111111（乘）实验⼆双端⼝存储器[实验⽬的]1.了解双端⼝存储器的读写；2.了解双端⼝存储器的读写并⾏读写及产⽣冲突的情况。
实验一运算器实验
实验一运算器实验简介：运算器是数据的加工处理部件，是CPU的重要组成部分，各类计算机的运算器结构可能有所不同，但是他们的最基本的结构中必须有算术/逻辑运算单元、数据缓冲寄存器、通用寄存器、多路转换器的数据总线的逻辑构件。
一、实验目的1、了解算术逻辑运算器（74LS181）的组成和功能。
2、掌握基本算术和逻辑运算的实现方法。
二、实验内容运用算术逻辑运算器74LS181 进行有符号数/无符号数的算术运算和逻辑运算。
三、实验元器件1、算术逻辑运算器（74LS181）。
2、三态门（74LS244、74LS245）及寄存器（74LS273、74LS373）。
3、二进制拨码开关SW-SPDT四、实验原理图1.1运算器电路原理图本实验的算术逻辑运算器电路如图 1.1所示：输入和输出单元跟上述实验相同：缓冲输入区八位拨码开关用来给出参与运算的数据，并经过三态门74LS245 和数据总线BUS相连，在控制开关SW_BUS处于高电平时允许输出到数据总线。
运算器则由两个74LS181以串行进位形式构成8位字长的算术/逻辑运算单元（ALU）：ALU_L4B的进位输出端CN+4与ALU_H4B的进位输入端CN相连，使低4位运算产生的进位送进高4位运算中。
其中ALU_L4B为低4位运算芯片，参与低四位数据运算，ALU_H4B为高4位运算芯片，参与高四位数据运算。
ALU_L4B的进位输入端CN通过三态门连接到二进制开关CN，控制运算器仅为，ALU_H4B的进位输出端CN+4经过反相器74LS04，通过三态门接到溢出标志位CF指示灯（CF=1，即ALU运算结果溢出）。
ALU 除了溢出标志位CF外，还有两个标志位：零标志位ZF（ZF=1，即ALU运算结果为0，ZF对应发光二极管点亮）和符号标志位SF（SF=1，即运算结果为负数；SF=0 即运算结果为正数或0对应发光二极管点亮）。
图 1.2 运算器通路图ALU 的工作方式可通过设置两个74181芯片的控制信号（S0、S1、S2、S3、M、CN）来实现, 其74LS181逻辑功能表由表1-1给出，运算器ALU 的输出经过三态门（两片74LS244或一片74LS245）和数据总线BUS 相连。
运算器组成实验
第二节运算器组成实验一、实验目的（1）掌握算术逻辑运算加、减、乘、与的工作原理。
（2）熟悉简单运算器的数据传送通路。
（3）验证实验台运算器的8位加、减、与、直通功能。
（4）验证实验台的4位乘4位功能。
（5）按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。
二、实验电路图6示出了本实验所用的运算器数据通路图。
ALU由1片ispLSI1024构成。
四片４位的二选一输入寄存器74HC298构成两个操作数寄存器DR1和DR2，保存参与运算的数据。
DR1接ALU的B 数据输入端口，DR2接ALU的A数据输入端口，ALU的输出在ispLSI1024内通过三态门发送到数据总线DBUS7—DBUS0上，进位信号C保存在ispLSI1024内的一个Ｄ寄存器中。
当实验台下部的IR/DBUS 开关拨到DBUS位置时，8个红色发光二极管指示灯接在数据总线DBUS上，可显示运算结果或输入数据。
另有一个指示灯C显示运算器进位信号状态。
由ispLSI1024构成的8位运算器的运算类型由选择端S2、S1、S0选择，功能如表3所示：进位C只在加法运算和减法运算时产生，与、乘、直通操作不影响进位C的状态，即进位C保持不变。
减法运算采用加减数的反码再加以1实现。
在加法运算中，C代表进位；在减法运算中，C 代表借位。
运算产生的进位在T4的上升沿送入ispLSI1024内的C寄存器保存。
在SW_BUS#信号为0时,参与运算的数据通过一个三态门74HC244（SW_BUS）送到DBUS总线上，进而送至DR1或DR2操作数寄存器。
输入数据可由实验台上的8个二进制数据开关SW0—SW7来设置，其中SW0是最低位，SW7是最高位。
开关向上时为1，开关向下时为0。
图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，控制信号均为电位信号。
T3、T4是脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路产生的T3、T4信号上。
S2、S1、S0、ALU_BUS、LD_DR2、LDDR1、M1、M2、SW_BUS#各电位控制信号用电平开关K0—K15来模拟。
计算机组成原理实验1-运算器
《计算机组成原理》实验报告实验一运算器实验一、实验目的1．掌握运算器的组成及工作原理；2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；3．验证带进位控制的74LS181的功能。
二、实验环境EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
三、实验内容与实验过程及分析（写出详细的实验步骤，并分析实验结果）实验步骤：开关控制操作方式实验1、按图1－7接线图接线：连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
图1－1 实验一开关实验接线图2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数：1）拨动清零开关CLR，使其指示灯。
再拨动CLR，使其指示灯亮。
置ALU-G ＝1：关闭ALU的三态门；再置C-G=0：打开数据输入电路的三态门；2）向数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）中置数：（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值；（2）置LDR1＝1：使数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置LDR2＝0：使数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信号无效；（3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。
3）向数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）中置数：（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值；（2）置LDR1＝0：数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2＝1：使数据暂存器LT2的控制信号有效。
（3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。
（4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。
4）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确：（1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU 的三态门；（2）置“S3S2S1S0M”为“F1”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器LT1置数正确；（3）置“S3S2S1S0M”为“15”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。
实验一基本运算器实验
山西大学计算机与信息技术学院实验一基本运算器实验一、实验目的：（1 ）了解运算器的组成结构（2 ）掌握运算器的工作原理二、实验内容：1、实验原理：本实验的原理如图1-1所示。
运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器 A和暂存器B,三个部件同时接受来自 A和B的数据各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3,S0和 CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为 ALU的输出。
如果是影响进位的运算，还将置进位标志 FC,在运算结果输出前，置ALU零标志。
ALU中所有模块集成在一片运算器部件由一片 CPLD实现。
ALU的输入和输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上，另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志FZ。
图中除T4和CLR其余信号均来自于 ALU单元的排线座，实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4, CLR都连接至 CON单元的CLR按钮。
T4由时序单元的TS4提供，其余控制信号均由 CON单元的二进制数据开关模拟给出。
控制信号中除 T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。
表1-1运算器逻辑功能表（表中“ X ”为任意态，下同）运算类型S3 S2 S1 S0CN 功能逻辑运算0000 X台匕F=A （直通）能0001 X F=B （直通）课程名称2011级计算机科学与技术计算机组成原理课程设计实验日期批改日期实验名称学号专业班级指导教师CPLD0100X F= A'（FZ ）0101X F=A 不带进位循环右移 B （取低 3位）位（FZ ）01100 F=A 逻辑右移一位 （FZ ） 移位运算1F=A 带进位循环右移一位 （FC ，FZ ）0111 0 F=A 逻辑左移一位 （FZ ）1F=A 带进位循环左移一位 （FC ，FZ ）1000X 置 FC=CN （FC ）1001X F=A 加 B （FC ，FZ ）1010X F=A 加B 加FC （FC ， FZ ） 算术运算1011 X F=A 减 B （FC ， FZ ） 1100 X F=A 减 1 （FC ， FZ ）1101X F=A 加 1 （FC ， FZ ）1110X （保留）1111X（保留）算器零标志，表中功能栏内的 FC FZ 表示当前运算会影响到该标志。
实验一 运算器实验(1)
级班学号姓名实验报告实验一运算器实验一、实验目的：1、掌握简单运算器的数据传送通路；2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能；3、验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能；4、按指定数据完成几种指定的算术运算。
二、实验设备DVCC-C5JH计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
三、实验原理1、实验中所用的运算器数据通路图如附A图1-3所示。
其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。
运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关（“INPUT DEVICE”）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连，数据显示灯（“BUS UNIT”）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。
2、控制信号说明：T4：脉冲信号；实验时，将W/R UNIT的T4接至STATE UNIT的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。
S3~S0、M：运算器的功能控制信号；可参见74181芯片的功能表P64。
Cn：进位控制信号，低电平有效。
LDDR1、LDDR2：数据寄存器DR1和DR2的数据装载控制信号，高电平有效。
ALU-B：该控制信号控制是否将ALU的结果送到总线上，低电平有效。
SW-B：三态门开关信号，控制是否打开三态门，低电平有效。
四、实验内容1、算术逻辑运算实验：实验步骤：①按图1-2连接路线，仔细检查无误后，接通电源；②用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。
A）数据开关置01100101；B）设置switch unit：ALU-B=1 SW-B=0 LDDR1=1 LDDR2=0 C）按动KK2给出一个单脉冲信号，即T4=┎┒D）数据开关置10100111；E）设置switch unit：LDDR1=0 LDDR2=1F）按动KK2给出一个单脉冲信号。
计算机组织与结构实验讲义(2014版)
计算机组织与结构实验讲义（2014版）任国林编写东南大学计算机科学与工程学院计算机组织与结构课程实验是为巩固教学效果而设置的，学生可以通过这些实验掌握计算机部件的逻辑组成及其工作原理，熟悉数字电路芯片的使用方法，提高逻辑设计能力，为设计计算机模型机打下基础。
计算机组织与结构课程实验共有4个，分别是运算器组成实验、存储器组成实验、寄存器组成实验、CPU数据通路实验。
所有实验均基于EDA工具Quartus II进行设计和功能仿真，条件允许时基于FPGA芯片进行功能验证。
实验一运算器组成实验一、实验目的（1）熟悉加/减法器的功能及使用方法。
（2）掌握算术逻辑部件(ALU)的功能及其逻辑组成。
（3）加深对运算器工作原理的理解。
二、实验内容（1）掌握Quartus II的使用方法，能够进行数字电路的设计及仿真。
（2）验证Quartus II所提供加/减法器的功能及使用方法。
（3）设计具有加法、减法、逻辑与、逻辑非4种功能的ALU，并进行功能仿真/验证。
三、实验原理及方案运算器是计算机硬件对数据进行加工的重要部件，算术逻辑部件ALU是其核心，还包括存放操作数和运算结果的寄存器/锁存器、存放运算结果状态的触发器等器件。
根据给定控制信号的不同，运算器可以实现不同的运算功能。
为便于运算器组成设计有效进行，先介绍一下Quartus II的使用方法。
1、基于Quartus II的电路设计及仿真方法基于Quartus II，电路设计的主要过程包括：建立工程文件、编辑原理图文件、编译原理图文件，电路仿真的主要过程包括：编辑仿真波形文件、生成功能仿真网表、验证仿真波形正确性。
以功能为Z=X·Y的电路为例，使用Quartus II、采用原理图方法进行电路设计的过程如下：1）建立工程文件：通过主菜单File→New Project Wizard可建立工程文件，包含5个页面的设置。
·第1页为设置工程文件信息，包括工程文件名、工作目录名·第2页为在工程中加入文件，可将已有的GDF文件添加到工程文件中，本例中无·第3页为选择FPGA器件型号，本例中采用Cyclone系列的EP1C6Q240C8芯片·第4页为添加准备使用的EDA工具，通常直接选择Next·第5页为查看、确认工程文件信息，无误时选择Finish即可。
计算机组成原理实验一运算器组成实验
实验一 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#DBUS7DBUS0Cn#C三态门（244）三态门（244）ALU（181）ALU（181）S3S2S1S0MA7A6A5A4F7F6F5F4F3F2F1F0B3B2B1B0Cn+4CnCnCn+4LDDR2T2T2LDDR1LDRi T3SW-BUS#DR1（273）DR2（273）双端口通用寄存器堆RF（ispLSI1016）RD1RD0RS1RS0WR1WR0数据开关(SW7-SW0)数据显示灯A3A2A1A0B7B6B5B4图3.1 运算器实验电路LDRi T3AB三态门R S -B U S #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 中。
RF(U54)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(U47)和DR2(U48)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。
运算器组成实验
运算器组成原理实验目的1,掌握算术逻辑运算加、减、乘、与的逻辑运算。
2，熟悉简单运算器的数据传送通路。
3，验证实验台运算器的8位加、减、乘、与、直通功能。
实验电路（注明每一个部件即每一个信号作用）出厂时提供的微程序控制器由下述部件组成:（1）由5片28C64组成的控制存储器，存放微指令。
微指令格式采用全水平型，微指令字长35位。
其中顺序控制部分10位，操作控制字段25位，操作控制字段全部采用直接表示法。
（2）微地址寄存器，对控制存储器提供微程序地址。
（3）跳转开关JUMP。
这是一组6跳线开关。
当用短路子将它们连通时，微地址寄存器从本实验系统提供的微程序地址译码电路得到新的微程序地址。
当他们被断开时，用户提供自己的新微程序地址。
这样用户能够使用自己设计的微程序地址译码电路。
（4）微程序地址译码电路。
微程序地址译码电路产生后继微程序地址，它由4片小规模器件构成。
控制台由若干指示灯和若干拨动开关组成，用于给数据通路置数、设置控制信号、显示各种数据使用。
数据开关SW7—SW0 ，用于向数据通路中的器件置数。
双位拨动开关K15—K0，实验中用于模拟数据通路部分所需的电平控制信号。
8个红色发光二极管组成数据指示灯，显示数据总线或者指令寄存器的状态。
8个绿色发光二极管组成地址指示灯，显示地址寄存器AR1和AR2的内容。
6个黄色发光二极管组成微地址指示灯，显示微程序地址。
其他指示灯显示判断标志P3、P2、P1、P0，中断允许标志IE、进位C。
微动开关CLR#、QD、INTR产生CLR#、QD、INTR单脉冲，负的CLR#脉冲对全机进行复位，正的INTR脉冲作为中断请求信号，正的QD脉冲启动计算机运行。
单步、单拍、单指开关设置单步、单拍、单指三种非连续工作方式。
单拍方式，每次只执行一条微指令。
在单指方式下，每次只执行一条指令。
单步方式实际上是硬连线控制器下的单指方式。
控制台方式开关SWC、SWB、SWA定义了五种工作方式：启动程序，读双端口存储器，写双端口存储器，加载寄存器堆，读寄存器堆。
实验1运算器实验报告
ALU运算结果的传送控制
8种结果处理——由I6~I8提供结果处理情况 通用寄存器是否接收运算结果，及运算结果类型； Q寄存器的值是否发生变化； 运算器向外输出什么样的内容；
I8I7I6 000 结果处理 寄存器组 － Q寄存器 FQ Y输出 F
001
共完成 8 种运算功能；
3 种算术运算（加减等）和5种逻辑运算（与或异或等）；
2018年10月11日星期四 4
Am2901的输入控制
8种数据组合——由I0~I2提供数据来源 选择输入ALU的两个操作数R和S的组合关系
数据来源 I2I1I0 000 001 R A S Q B
A
0 0 0 D
实验一
运算器实验ห้องสมุดไป่ตู้
主讲人：秦勉
实验目的
深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；
深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等诸项
知识。
2018年10月11日星期四
2
运算器Am2901
组成 算逻运算器ALU 寄存器组R0—R15 乘商寄存器Q 5组多路选择器
功能 8种 运算类型 8种 数据组合方式 8种 结果处理
2018年10月11日星期四 3
Am2901运算器
符号位S F3 结果为零Z F=0000 结果溢出V OVR 进位输出C Cn+4
F ALU S R Cn
每片Am2901为4位的； 4片Am2901级联构成16位运算器；
输出——运算结果F、标志位SZVC；
输入——R、S、最低位的进位信号Cn RS的数据来源由多路开关可选，共8种组合状态；
010
－
FB
计算机组成原理实验报告说明
实验一运算器组成实验一、实验目的1、掌握运算器的组成及工作原理；2、了解4位函数运算器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术和逻辑操作的具体实现过程；3、验证带进位控制的运算器功能。
二、实验设备1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套2、排线若干。
三、工作原理：算术逻辑单元ALU是运算器的核心。
集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并／串形式构成16位运算器。
它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。
三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。
四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2 为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。
四、实验内容：验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。
五、实验步骤1、按照实验指导说明书连接硬件系统；2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：1)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr1"，数据送入暂存器1；2)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr2"，数据送入暂存器2；3)、在S3...Ar上输入有效数据组合，按"ALU功能选择端"，运算器按规定进行运算，运算结果送入数据缓冲器；4)、按"ALU_G"，运算结果送入数据总线。
5)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。
6)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。
(计算机组成原理)实验一运算器实验
D
红色：运算器控制信号
BUS UNIT
蓝色：器件中信号
运算器电路图
M
S3
当为减
S2
法算术
S1
运算时
S0
输出1
ALU TO BUS
D7-D0
ALU-B
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 +5
A7
A6
A74LS2455
A4
A3
A2
A1
DIR E
A0
+5 +5
ZI D SET Q
1K
Q
CLR
Ci
返回
CN+4 F3 F2 F1 F0
S3
S2
ALU(74LS181)
S1 S0
M
CN
A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0
F3 F2 F1 F0
S3
S2
ALU(74LS181)
S1 S0
M
CN+4
A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0CN
S3 S2 S1 S0 M
Cn181
DA1，DA2：两片74LS273
T4 T1 B-IR
I3-I0
寄存器 译码
B-R0
MA6 -MA0
B-R1 B-R2
B-R3
R0-B
R1-B
R2-B
MA6-MA0
R3-B
D6-D0
J1
I7-I2
T1 微地址锁存器 OE CLK Q6-Q0 CLR
|
J5
FZ
指令译码器
FC
INT
T4 KA
7
KB
Q6-Q0
计算机组成原理 -实验一运算器组成实验_
三．实验内容
验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采 用正逻辑）
改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。
SW-B=1、ALU-B=0保持不变 在给定DR1=65、DR2=A7的情况下，改变运算器的功
能设置，观察运算器的输出，填入下表中，并和理论分 析进行比较、验证。 例如：置S3 S2 S1 S0 M CN为 1 0 0 1 0 1 运算器做加 法运算；
45
4.实验步骤
4.对源程序进行编译
在左方Source in Project栏中选中第二行ispLSI1032-70LJ84, 在右方Process for current Source栏中双击第七行JEDEC File按钮，则开始编译。如果编译正确，则生成可下载的文 件JEDEC File，即使出现警告提示，也表示已成功生成了可 下载文件。如果提示错误，则需要修改程序，然后重新编译。
40
3.实验原理
对该器件的逻辑系统设计是通过使用硬件描述 语言活原理图输入来实现的，硬件描述语言有 ABEL、VHDL等多种语言。
为了方便同学学习，这里以硬件描述语言进行 编程，描写器件功能，下面用ABEL语言编程 来实现一个加法器。
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4.实验步骤
1.安装EDA。
打开计算机电源，进入windows系统，安装上述 ispDesignEXPERT软件，安装完成后，桌面和开始菜单中 则建有ispDesignEXPERT软件图标。
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三．实验内容
图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明（其 他实验相同，不再说明），其中除T4为脉冲信号， 其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均 已连至“W/R UNIT”的相应时序信号引出端，因此， 在进行实验时，只需将“W/R UNIT”的T4接至 “STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微 动开关，即可获得实验所需的单脉冲，而S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、 SW-B各电平控制信号用“SWITCH UNIT”中的二 进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为 低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。
运算器组成实验一
湖南科技学院电子与信息工程学院实验报告课程名称：姓名：学号：专业：班级：指导老师：实验一运算器组成实验一、实验目的及要求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、实验任务1．根据以下实验电路图，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。
S3S2S1S0M图1 运算器实验电路2．用开关SW7—SW0向通用寄存器堆RF内的R0—R3寄存器置数（假定令R0=11H，R1=22H，R2=33H，R3=44H）。
然后读出R0—R3的内容，在数据总线DBUS上显示出来。
3．验证74181ALU的正逻辑算术、逻辑运算功能。
三、实验主要仪器设备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）四、实验步骤和实验结果记录1.将任务2和任务3操作所需控制信号，进行对应电平开关的连接。
2.实验任务2的操作步骤及结果记录。
（1）按步骤1（1）中表格内容连好信号线。
并置DP=1，DB=0（指定为单步执行）。
（2）打开电源。
（3）拨动电平开关K0到K6以设置控制信号的取值，分别将11H、22H、33H、44H写入R0、R1、R2、R3中。
其中，将11H写入到R0的过程中，开关K0到K6的取值为：将22H写入到R1的过程中，开关K0到K6的取值为：同时，置SW7－SW0值为22H，按下QD按钮，将22H写入R1。
同时，置SW7－SW0值为33H，按下QD按钮，将33H写入R2。
同时，置SW7－SW0值为44H，按下QD按钮，将44H写入R3。
（4）拨动电平开关K0到K6以设置控制信号的取值，再将R0、R1、R2、R3中通过B 端口读出显示到DBUS总线上。
计算机组成原理全部实验
计算机科学技术系王玉芬2012年11月3日基础实验部分该篇章共有五个基础实验组成，分别是：实验一运算器实验实验二存储器实验实验三数据通路组成与故障分析实验实验四微程序控制器实验实验五模型机CPU组成与指令周期实验实验一运算器实验运算器又称作算术逻辑运算单元（ALU），是计算机的五大基本组成部件之一，主要用来完成算术运算和逻辑运算。
运算器的核心部件是加法器，加减乘除运算等都是通过加法器进行的，因此，加快运算器的速度实质上是要加快加法器的速度。
机器字长n位，意味着能完成两个n位数的各种运算。
就应该由n个全加器构成n位并行加法器来实现。
通过本实验可以让学生对运算器有一个比较深刻的了解。
一、实验目的1．掌握简单运算器的数据传输方式。
2．掌握算术逻辑运算部件的工作原理。
3. 熟悉简单运算器的数据传送通路。
4. 给定数据，完成各种算术运算和逻辑运算。
二、实验内容：完成不带进位及带进位的算术运算、逻辑运算实验。
总结出不带进位及带进位运算的特点。
三、实验原理：1.实验电路图图4-1 运算器实验电路图2.实验数据流图图4-2 运算器实验数据流图3.实验原理运算器实验是在ALU UNIT单元进行；单板方式下，控制信号，数据，时序信号由实验仪的逻辑开关电路和时序发生器提供，SW7－SW0八个逻辑开关用于产生数据，并发送到总线上；系统方式下，其控制信号由系统机实验平台可视化软件通过管理CPU来进行控制，SW7－SW0八个逻辑开关由可视化实验平台提供数据信号。
（1）DR1，DR2：运算暂存器，（2）LDDR1：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1，高电平有效。
（3）LDDR2：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2，高电平有效。
（4）S3，S2，S1，S0：确定执行哪一种算术运算或逻辑运算（运算功能表见附录1或者课本第49页）。
（5）M：M＝0执行算术操作；M＝1执行逻辑操作。
（6）/CN ：/CN＝0表示ALU运算时最低位加进位1；/CN＝1则表示无进位。
《计算机组成原理》实验教学教案.doc
实验一运算器实验一、实验目的：（1）结合学过的有关运算器的基本知识，掌握运算器的基木组成、工作原理。
特别是了解算术逻辑运算单元ALU的工作原理；（2）验证多功能算术单元74181、74182的运算功能;（3）熟悉掌握木实验中运算器的数据传输通路。
二、实验要求（1）预习74181、74182的工作原理及逻辑关系；（2）测量数据要求准确；（3）写出实验报告。
三、实验内容1、实验原理实验屮的运算器由两片74LS181以并/串形成8位字长的ALU构成。
运算器的输出经过一个三态门74LS245到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSDO〜D7插座BUS 1-6中的任一个相连，内部数据总线通过LZDO〜LZD7 显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS,实验时通过8芯排线连至外部数据总线EXDO〜D7插座EXJ1〜EXJ3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开关KD0~KD7,并经过一三态门74LS245直接连至外部数据总线EXDO〜EXD7, 通过数据开关输入的数据由LDO〜LD7显示。
算术逻辑运算功能发生器74LS181的功能控制信号S3、S2、SI、SO、CN、M并行相连后连至SJ2插座，实验时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2, 以手动方式用二进制开关S3、S2、SO、CN、M来模拟74LS181的功能控制信号S3、S2、SI、SO、CN、M；其他电平控制信号也由二进制开关来模拟。
2、实验接线本实验主要用到4个主要模块：（1）低8位运算器模块；（2）数据输入并显示模块；（3）数据总线显示模块；（4）功能开关模块。
根据实验原理详细接线如下：(1)ALUBUS 连EXJ3；(2)ALUO1 连BUSI；(3)SJ2 连UJ2；(4)跳线器J23 ± T4连SD；(5)LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB四个跳线器拨在左边(手动方式);(6)AR跳线器拨在左边，同时开关AR拨在T”电平。
运算器组成实验1
实验一运算器组成实验一、实验目的1．掌握运算器(ALU)的工作原理。
2．熟悉74LSl8l运算器的组合功能。
3．按给定数据，完成几种指定的算术运算和逻辑运算。
二、实验线路运算器组成如下图所示。
三、实验原理运算器实验在主板的运算器单元电路上进行。
控制信号、数据、时序信号均由逻辑开关电路和时序生成电路提供。
SW l开关产生8位二进制数据，并发送至总线。
DR1、DR2为运算暂存器，LDDR l、LDDR2为暂存器的输入控制信号。
当其有效时，按P0键把总线数据送至暂存器DR1和DR2。
选择S3一S0、M、/CN信号，可实现ALU的算术/逻辑操作。
/ALU-BUS信号有效时把运算结果送至总线。
实验时不用用户连线，只需根据表l设置控制信号，按步骤进行实验。
四、实验步骤1．预置下表的逻辑按键状态(本次实验中下表状态不变，表中-B即-BUS)。
SW3 DP TJ LDAR /CE LDPC /PC-B /R0-B /R1-B /R2-B LDR0 LDR1 LDR2 LDIR f0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0上述控制信号的预置选取了时钟信号f0(250KHz)，设置了单步操作方式，关闭了一些与本次实验无关的信号。
2．实验步骤按表l进行。
实验时，对表中的逻辑按键进行操作，使它置l或清0。
在对暂存器存数时，先设置LDDRi有效，再由SW1输入数据，然后在P0脉冲(产生T’4信号)作用下，数据存入暂存器。
表中带X的为不确定的随机态，不会影响运算器操作。
D7~Do数据总线上接有发光二极管指示灯，以显示总线数据值。
表中只列出了实验的部分步骤即4种算术／逻辑操作。
(74LS181的全部运算功能见74LS181功能表)。
表中的↑符号表示单脉冲P0，无↑处表示不需P0脉冲。
表1。
运算器实验步骤及显示结果表。
运算器组成实验1
运算器组成实验（1）---计算机组成原理一、实验目的：1、在理解有关运算器基本知识基础上，掌握运算器的基本组成和工作原理。
2、熟悉ALU的工作原理，掌握四位ALU（74ls181）芯片运算功能和具体操作。
3、熟悉本实验中运算器的数据传送通路。
二、实验设备：JYS-3型计算机组成原理教学试验仪三、实验内容：了解运算器基本组成和工作原理，设计实验，完成电路图，验证电路逻辑功能。
四、电路工作原理与电路：运算器组成实验电路主要分两大部分:两片4位ALU和两片8D触发器构成的数据寄存器DR1、DR2,8位运算单元ALU的运算结果通过三态门缓冲器，经过ALU->BUS控制决定是否送往数据总线。
实验中参与运算的输入实验数据，在SW0->SW7设置开关量，经过另一个三态门缓冲器，在SW->BUS控制下送往总线，接电平显示灯，以及在LDDR1（或LDDR2）高电平时，在T4前沿时刻将总线上的数据打入DR1（或DR2）。
如下图是运算器组成原理图：五、实验步骤：1、按照下图连接电路线：2、复核检查无误后，开启电源。
将K22、K23置“11”，使电路处于单步状态运行，时序发生器处于单拍输出状态。
3、将K8、K9置“10”，关闭ALU输出端三态门缓冲器IC28,打开三态门缓冲器IC27。
4、K13-K20模拟开关，向寄存器送数据。
先将K6K7置“10”，设置开关为55H（01010101），按下P0按钮，将数据送入DR1。
然后K6K7置“01”，设置开关为AAH（10101010），按下P0按钮，将数据送入DR2。
5、然后将K8K9置“01”，将输出端三态门打开，并将其他都置低电平。
6、用K0-K3模拟S3-S0,K4模拟M,K5模拟Cn。
将K0-K5设置相应的高低电平，来验证下表的功能。
7、实验完成，拆线，整理试验箱。
六、实验总结：1、验证逻辑功能时，要将K13-K20开关全部置低电平，保证实验的正确性。
实验01 运算器组成实验
实验一运算器组成实验一、实验目的1、通过实验进一步熟悉运算器的组成结构。
2、通过实验理解多功能ALU的设计方法。
3、通过实验理解程序标志位的产生和管理方法。
二、实验步骤1、打开已有的实验工程目录：“ALU”。
通过双击目录中的QuartusII工程文件“4BitALU.qpf”，利用QuartusII软件打开已经建好的实验工程。
图1 打开QuartusII工程2、打开工程后，QuartusII软件的界面如图2所示。
在软件窗口的左边区域的“Project Navigator”列表栏中，选择“files”选项卡，我们可以看到列表栏中列出了这个工程中的设计文件。
本工程的设计文件说明在表1中列举出来。
表1 工程设计文件说明表设计文件说明对应组件文件DFFCE.vhd VHDL设计文件，设计一个带锁存信号的D触发器DFFCE.bsf4BitReg.bdf 使用DFFCE组件创建的4位寄存器，且带有锁存信号4BitReg.bsfFulladder.bdf 一位全加器Fulladder.bsf4BitAdder.bdf 由Fulladder组件创建的4位行波进位加法器4BitAdder.bsf4BitSuber.bdf 利用4BitAdder组件创建的4位减法器4BitSuber.bsf4BitAnder.bdf 4位与运算部件4BitAnder.bsf4BitOrer.bdf 4位或运算部件4BitOrer.bdf4Mux1.bdf 4选1选择器4Mux1.bsfJustALU.bdf 利用以上组件创建的多功能ALU，可以完成“加、减、与、或”运算JustALU.bsf4BitALU.bdf 运算器设计文件其中，设计文件“4BitALU.bdf”还没有完成，需要由实验者在原有设计基础上添加合理设计，完成运算器的功能。
图2 工程界面图3、如图3上所示，“运算器”构建在4BitALU的设计文件中，ALU与缓存数据的寄存器已经实现直连。
数字系统组成设计实验1运算器组成2018
计算机组成原理实验一运算器组成实验I．算术逻辑运算实验**实验示例参考：DEMO_41_ALU一．实验目的1．了解简单运算器的数据传输通路。
2．验证运算功能发生器的组合功能。
3．掌握算术逻辑运算加、减、与的工作原理。
4．验证实验台运算的8 位加、减、与、直通功能。
5．按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。
二．实验内容1．实验原理运算器（算术逻辑单元）ALU181根据74LS181的功能用VHDL硬件描述语言编辑而成，构成8位字长的ALU。
参加运算的两个数据分别为A和B，运算模式由S[3..0]的16种组合决定；此外，设M=0，选择算术运算，M=1为逻辑运算，Cn为低位的进位位；F为输出结果，CO为运算后的输出进位。
ALU功能如表1-1所示。
注2、在借位减法表达上，表1-1 与标准的74 LS 181 的真值表略有不同。
图1-1为用DE2开发板对算术逻辑单元ALU进行硬件验证的数据通路图。
其中参加运算的两个8位数据由总线IN[7..0]分别通过两个电平锁存器latch8_HQU锁入，A0_B1为“0”时向A[7..0]置数，为“1”时向B[7..0]置数；F[7..0]为输出结果，CO为运算后的输出进位。
A[7..0]、B[7..0]、F[7..0]可通过七段译码器驱动DE2上的LED数码管显示数据，低电平有效。
三．实验步骤（1）设计ALU 元件在Quartus II 环境下，用文本输入编辑器Text Editor 输入ALU181.VHD算术逻辑单元文件，编译VHDL文件，并将ALU181.VHD文件制作成一个可调用的原理图元件。
（2）仿真分析（以ALU181.VHD为顶层文件）生成测试文件模版（Processing→Start→Start Test Bench Template Writer），编写测试文件及参数，设置仿真环境，对ALU181.VHD进行仿真，仿真内容如表1-3、表1-4。