组原一次实验报告

课程实验报告课程名称：组成原理

专业班级：IS1201

学号：U2101214720

姓名：任宇豪

指导教师：秦磊华

报告日期：2014.4.27

计算机科学与技术学院

目录

原创性声明 (1)

1 实验内容 (2)

2 实验目的 (2)

3 实验设备 (2)

4 实验设计方案和电路 (2)

4.1 实验总体方案 (2)

4.2 各模块的分析说明 (3)

4.2.1 运算部分 (3)

4.2.2 溢出检测部分 (4)

4.2.3锁存信息部分 (4)

4.3总电路 (5)

5 电路检测 (6)

5.1 基本功能检测 (6)

6 遇到的问题与解决方法 (6)

7 感想和建议 (7)

8 思考题 (7)

原创性声明

本人郑重声明：所呈交的报告是本人在老师同学和的指导下独立进行实验所取得的成果.，除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的内容。本人完全意识到本声明的法律效应，后果由本人承担。

学生签字：

1 实验内容

自己设计一个以74LSl81运算器芯片为核心的电路，能够实现多种运算，并能使用历史结果数据进行累计运算，运算结果可以使用灯和数码管来显示。在功能方面要求支持有符号数和无符号数运算、支持补码加/减运算以及支持有符号数溢出检测等；在数据来源方面包括一个累加器和一组开关。通过手动操作，首先能够通过运算数据存入累加器中，再选择不同的运算控制信号，实现不同功能的运算，最后将结果存入到累加器中。

设计八位二进制加减运算器，分别进行有符号和无符号运算的溢出检测。

该运算器能够实现有符号与无符号数的加减法运算，同时还具备有符号与无符号数运算的溢出检测。

2 实验目的

●掌握ALU的工作原理与基本设计方法

●熟悉算术逻辑运算单元74181的逻辑功能与基本使用方法

●熟悉运算器的数据通路

●理解溢出检测的概念和溢出检测的方法

●锻炼分析和解决实际问题的能力

3 实验设备

JZXY-II型计算机组成原理实验仪1台

74LS181 2片，用作运算器来做有符号以及无符号数的加减法；

74LS373 3片，用作锁存器，将运算结果存在373里面以供下次使用；

74LS86 1片，用于做有符号和无符号数运算的溢出检测，其中在有符号数中也用来取参与运算的减数或加数的符号位；

74LS32 1片，用于做有符号数的溢出检测；

74LS08 1片，用于有符号数的溢出检测；

74LS04 1片，用于无符号数的溢出检测以及有符号数的溢出检测；

4 实验设计方案和电路

4.1 实验总体方案

图4.1 总体方案图

计算部分：只有一个个输入端，输入的数先保存到锁存器中已做被加（减）数，然后在次输入一个数，由两个181芯片完成加减运算或者逻辑运算，同时为了实现循环计算，181芯片还与保存运算结果的锁存器373相连，同时运算结果也保存在373中，以便循环计算所需。锁存信息：由3个373芯片构成，用来保存被加（减）数，以及运算结果的值。

溢出检测部分：1、有符号数的溢出检测，在做加运算时只需取出参与运算的被加数的符号位用x表示，加数的符号位用y表示，以及结果的符号位s，做xys非或上 x非y非s运算即可；做减法运算时因为在参与运算时减数的符号位已经发生改变，所以在取y的时候不能直接取输入端的符号位y，同时做减法运算时Co非=1，所以用来作为参考为，取得的减数参与运算时的符号位为Co非异或y，所以综上所述，在实际操作中，不管加减法运算所需的参与运算的加减数的符号位为Co非异或上y。

2、无符号溢出检测：做加法时，结果的最高位进位为1 则表示有益出，做减法时，结果的最高位为0则表示溢出，同时用Co非作为参照，那么做（Co非异或上Cn+8非）的非就是无符号运算的溢出检测。

4.2 各模块的分析说明

4.2.1 运算部分

电路见图4.21 将两块74LS181芯片连接，图中U2作为8位二进制的低4位，U1作为8位二进制的高四位，将低四位的⎺C n+4接到高四位的⎺Cn,U1和U2共用M、S0、S1、S2、S3

A0~A7，B0~B7端输入的为补码，进行加法运算时，M=0,⎺Cn =1, S3=1, S2=0, S1=0, S0=1；进行减法运算时，M=0, ⎺Cn=0, S3=0, S2=1, So

4.21 运算部分电路图

4.2.2 溢出检测部分

（1）有符号检测

根据操作数和运算结果的符号位是否一致进行检测。显然，只有两个符号相同的数相加时才可能产生溢出，因此，可根据操作数和运算结果的符号位是否一致进行检测。

设X7,Y7为参加运算数的符号位，S7为结果的符号位，V为溢出标志位，当V取1时表示发生溢出。根据操作数和运算结果的符号位是否一致实现溢出检测的逻辑表达式如下：

V=X7 Y7 S7+ X7 Y7 S7

图4.22 有符号溢出检测电路图

（2）无符号检测

当无符号计算加法时，8位产生进位则溢出，U1中⎺C n+4=0，此时U2中⎺Co=0计算减法时，8位无进位产生溢出，U1中⎺C n+4=1，此时U2中⎺Co=1为溢出标志位，由于无符号加法时最高位有进位则溢出，无符号减法时最高位无进位则溢出，实现溢出检测的逻辑表达式如下：V=⎺C n+4⊕⎺Co的非。

图4.23 无符号溢出检测电路图

4.2.3锁存信息部分

使用三块74LS373芯片，一片控制运算部分结果8位存储和传递，另外两片分别控制加数（被加数手动输入，都输入74LS181）的高四位和第四位。