计算机组成原理

计算机组成原理

实验报告册

呼伦贝尔学院计算机科学与技术学院

2010年11月

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、实验设备

EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。

三、电路组成

本模块由算术逻辑单元ALU 74LS181（U29、U30）、暂存器74LS273（U27、U28）、三态门74LS244（U31）和进位控制电路GAL芯片（U32）等组成。电路图见图1-1(a)、1-1(b)。

图1-1（a）ALU电路

图1-1（b）GAL芯片进位控制电路

算术逻辑单元ALU是由两片74LS181构成。74LS181的功能控制条件由S3、S2、S1、S0、M、Cn决定。高电平工作方式74LS181的功能、管脚分配和引出端功能符号详见表1-1、图1-2和表1-2。

两片74LS273构成两个八位数据暂存器，运算器的输出采用三态门74LS244。它们的管脚分配和引出端功能符号详见图1-3和图1-4。

图1-2 74LS181管脚分配表1-1 74LS181输出端功能符号

74LS181功能表见表1－2，其中符号“＋”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表

表1-2 74LS181功能表

图1-3（a）74LS273管脚分配图1-3（b）74LS273功能表

图1-4（a）74LS244管脚分配图1-4（b）74LS244功能四、工作原理

运算器的结构框图见图1-5。

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，两片74LS181以并／串形式构成8位运算器。它可以对两个八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。

两片74LS273作为两个八位数据暂存器，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。

五、实验内容

验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。将实验中所得数据填入下表。

将理论计算所得数据填入下表

六、实验中出现的问题及解决的办法，收获及体会。

在做实验时出现很多错误，经过自己的努力和老师的指导下最终得出了正确的答案。

体会：做实验要仔细认真。

经过此实验之后，知道了各种数字集成电路的性能及工作原理。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各逻辑操作的个体过程。通过这次试验进一步了解运算器。

七、思考题

1.简述对数据总线冲突的理解

各种I/O设备通过I/O接口挂到I/O总线上，更便于增删设备。这种结构在I/O设备与主存交换信息时仍然要占用CPU，因此还会影响CPU的工作效率。倘若将CPU、主存和I/O设备（通过I/O接口）都挂到一组总线上，便形成单总线结构的计算机，相比，最明显的特点是当I/O设备与主存交换信息时，原则上不影响CPU的工作，CPU仍可继续处理不访问主存或I/O设备的操作，这就使CPU工作效率有所提高。但是，因只有一组总线，当某一时刻各部件都要占用总线时，就会发生冲突。

2.如何设置让ALU实现加1和减1运算？

实验成绩：评阅教师签名：

实验二移位运算实验

一、实验目的

掌握移位控制的功能及工作原理

二、实验设备

EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。

三、电路组成

本模块由逻辑控制单元（由一片GAL构成）U34和带三态输出的移位寄存器74LS299等组成。74LS299具有并

行接数、左移、右移、保持等功能，且具有三态输出。其功能和管脚分配见表2-1和图2-2。

图2-2（a）74LS299的管脚分配图2-2（b）74LS299引出端功能符号

四、工作原理

移位运算实验电路的功能由S1、S0、M控制，具体功能见表2-2：

表2-2

五、实验内容

输入数据，利用移位寄存器74LS299控制进行移位。

六、实验中出现的问题及解决的办法，收获及体会。

本次实验中，存在的问题本非常的多，线多和小的按钮太多，以至于没得出结果。

体会：机器数为正时，不论是左移还是右移，添补代码均为0。负数的原码左移时，高位丢1，结果出错；右移时，低位丢1。负数的补码左移时高位丢0，结果出错；右移时，低位丢1；负数的反友左移时，高位丢0，结果出错；右

移时，低位丢0。

七、思考题

1、试用数字逻辑中所学的触发器设计组成一个4位的移位寄存器。

X

2、什么叫“串行”与“并行”，描述移位寄存器如何进行串-并转换以及并-串转换。

微型计算机主机与外部设备的连接，基本上使用了两类接口；

串行接口与并行接口。并行接口是指数据的各位同时进行传送，其特点是传输速度快，但当传输距离较远、位数又多时，导致了通信线路复杂且成本提高。串行通信是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。串行通信本身又分为异步通信与同步通信两种。

实验成绩：评阅教师签名：