实验一：运算器及寄存器实验
实验报告_运算器实验
实验报告_运算器实验一、实验目的本次运算器实验的主要目的是深入了解运算器的工作原理和功能，通过实际操作和观察，掌握其基本运算逻辑和数据处理过程，培养对计算机硬件系统的理解和实践能力。
二、实验设备本次实验所使用的设备包括计算机一台、相关的实验软件以及连接线路等。
三、实验原理运算器是计算机的核心部件之一，它负责执行各种算术和逻辑运算。
其基本组成包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据总线等。
算术逻辑单元（ALU）是运算器的核心，能够进行加法、减法、乘法、除法等算术运算，以及与、或、非等逻辑运算。
寄存器用于暂时存储参与运算的数据和运算结果。
数据总线则用于在各个部件之间传输数据。
在运算过程中，数据从寄存器通过数据总线传输到ALU 进行运算，运算结果再通过数据总线存储回寄存器或传输到其他部件。
四、实验内容与步骤（一）实验内容1、进行简单的算术运算，如加法、减法、乘法和除法。
2、执行逻辑运算，包括与、或、非操作。
3、观察运算结果在寄存器和数据总线上的传输和存储过程。
（二）实验步骤1、打开实验软件，连接好实验设备。
2、选择要进行的运算类型，如加法运算。
3、在相应的输入框中输入两个操作数。
4、点击“计算”按钮，观察运算结果在寄存器中的显示。
5、重复上述步骤，进行其他类型的运算。
五、实验结果与分析（一）实验结果1、加法运算：当输入操作数分别为 5 和 3 时，运算结果为 8，准确无误。
2、减法运算：输入 8 和 3，结果为 5，符合预期。
3、乘法运算：输入 2 和 4，得到结果 8，正确。
4、除法运算：输入 10 和 2，结果为 5，无差错。
5、逻辑运算：与运算：输入 1010 和 1100，结果为 1000。
或运算：输入 0101 和 1010，结果为 1111。
非运算：输入 1010，结果为 0101。
（二）结果分析通过对实验结果的观察和分析，可以得出以下结论：1、运算器能够准确地执行各种算术和逻辑运算，结果符合预期。
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。
运算器实验实验报告
运算器实验实验报告一、实验目的运算器是计算机中进行算术和逻辑运算的部件，本次实验的目的在于深入理解运算器的工作原理，掌握其基本结构和功能，并通过实际操作和测试，提高对计算机硬件系统的认识和实践能力。
二、实验设备本次实验所使用的设备包括：计算机、数字逻辑实验箱、导线若干等。
三、实验原理运算器主要由算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据通路和控制逻辑等组成。
ALU 是运算器的核心部件，能够执行加法、减法、乘法、除法等算术运算以及与、或、非等逻辑运算。
寄存器用于存储参与运算的数据和运算结果，数据通路负责在各部件之间传输数据，控制逻辑则根据指令控制运算器的操作。
在本次实验中，我们采用数字逻辑电路来构建运算器的基本功能单元，并通过连线和设置控制信号来实现不同的运算操作。
四、实验内容1、算术运算实验（1）加法运算首先，将两个 8 位二进制数分别输入到两个寄存器中，然后通过控制信号使 ALU 执行加法运算，将结果存储在另一个寄存器中，并通过数码管显示出来。
通过改变输入的数值，多次进行加法运算，观察结果是否正确。
（2）减法运算与加法运算类似，将两个 8 位二进制数输入到寄存器中，使 ALU 执行减法运算，观察结果的正确性。
2、逻辑运算实验（1）与运算输入两个 8 位二进制数，控制 ALU 进行与运算，查看结果。
（2）或运算同样输入两个 8 位二进制数，进行或运算并验证结果。
（3）非运算对一个 8 位二进制数进行非运算，观察输出结果。
3、移位运算实验（1）逻辑左移将一个 8 位二进制数进行逻辑左移操作，观察移位后的结果。
（2）逻辑右移执行逻辑右移操作，对比移位前后的数据。
五、实验步骤1、连接实验设备按照实验箱的说明书，将计算机与数字逻辑实验箱正确连接，并接通电源。
2、构建电路根据实验要求，使用导线将数字逻辑芯片连接起来，构建运算器的电路结构。
3、输入数据通过实验箱上的开关或按键，将待运算的数据输入到相应的寄存器中。
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。
运算器实验
成绩：计算机原理实验室实验报告课程：计算机组成原理姓名：专业：网络工程学号：日期：2016年11月太原工业学院计算机工程系实验一：运算器实验实验环境PC机＋Win 7＋proteus仿真器实验日期2016.11.29 一．实验内容1.熟悉proteus仿真系统2.设计并验证4位算数逻辑单元的功能3.实现输入输出锁存4.实现8位算数逻辑单元二．理论分析或算法分析74181ALU功能表：三．实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等） S3S2S1S0=1011A=11111111,B=11111111 M=1,F=ABA02A123A221A319B01B122B220B318CN 7S06S15S24S33M 8F09F110F211F313A=B 14CN+416G 17P15H474LS181SW1SW-SPDTSW2SW-SPDTSW3SW-SPDTSW4SW-SPDTSW5SW-SPDTSW6SW-SPDTSW7SW-SPDTSW8SW-SPDTSW9SW-SPDTSW10SW-SPDTSW11SW-SPDTSW12SW-SPDTSW13SW-SPDTD1LED-REDD2LED-REDD3LED-REDD4LED-REDSW14SW-SPDTA02A123A221A319B01B122B220B318CN 7S06S15S24S33M 8F09F110F211F313A=B 14CN+416G 17P15U174LS181SW15SW-SPDTSW16SW-SPDTSW17SW-SPDTSW18SW-SPDTSW19SW-SPDTSW20SW-SPDTSW21SW-SPDTSW22SW-SPDTD5LED-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-REDM=0,CN=1,F=AB-1A02A123A221A319B01B122B220B318CN 7S06S15S24S33M 8F09F110F211F313A=B 14CN+416G 17P15H474LS181SW1SW-SPDTSW2SW-SPDTSW3SW-SPDTSW4SW-SPDTSW5SW-SPDTSW6SW-SPDTSW7SW-SPDTSW8SW-SPDTSW9SW-SPDTSW10SW-SPDTSW11SW-SPDTSW12SW-SPDTSW13SW-SPDTD1LED-REDD2LED-REDD3LED-REDD4LED-REDSW14SW-SPDTA02A123A221A319B01B122B220B318CN 7S06S15S24S33M 8F09F110F211F313A=B 14CN+416G 17P15U174LS181SW15SW-SPDTSW16SW-SPDTSW17SW-SPDTSW18SW-SPDTSW19SW-SPDTSW20SW-SPDTSW21SW-SPDTSW22SW-SPDTD5LED-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-REDM=0,CN=0,F=ABA02A123A221A319B01B122B220B318CN 7S06S15S24S33M 8F09F110F211F313A=B 14CN+416G 17P15H474LS181SW1SW-SPDTSW2SW-SPDTSW3SW-SPDTSW4SW-SPDTSW5SW-SPDTSW6SW-SPDTSW7SW-SPDTSW8SW-SPDTSW9SW-SPDTSW10SW-SPDTSW11SW-SPDTSW12SW-SPDTSW13SW-SPDTD1LED-REDD2LED-REDD3LED-REDD4LED-REDSW14SW-SPDTA02A123A221A319B01B122B220B318CN 7S06S15S24S33M 8F09F110F211F313A=B 14CN+416G 17P15U174LS181SW15SW-SPDTSW16SW-SPDTSW17SW-SPDTSW18SW-SPDTSW19SW-SPDTSW20SW-SPDTSW21SW-SPDTSW22SW-SPDTD5LED-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-RED四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等） 验证了基本要求,实现了8位算数逻辑单元功能，是算术与逻辑运算的选择端决定了ALU 进行那类运算，S0， S1，S2，S3是功能选择控制端，决定是做加、减、逻辑与、逻辑或、逻辑异或等运算，表一的实验结果与手工验算完全一致，从而验正了整个ALU 的算术/逻辑运算功能和进位处理功能。
实验一 运算器实验(接线参考)
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、预习要求：１复习本次实验所用的各种数字集成电路的性能及工作原理；２预习实验步骤，了解实验中要求的注意之处。
三、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。
四、电路组成：本模块由算术逻辑单元ALU 74LS181（U7、U8、U9、U10）、暂存器74LS273（U3、U4、U5、U6）、三态门74LS244（U11、U12）和控制电路（集成于EP1K10内部）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）ALU控制电路算术逻辑单元ALU是由四片74LS181构成。
74LS181的功能控制条件由S3、S2、S1、S0、 M、Cn决定。
高电平方式的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。
四片74LS273构成两个16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1-2 74LS181输出端功能符号74LS181功能表见表1－1，其中符号“＋”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表示逻辑“非”运算，符号“加”表示算术加运算，符号“减”表示算术减运算。
选择 M=1逻辑操作 M=0 算术操作S3 S2 S1 S0 Cn=1（无进位）Cn=0（有进位）0 0 0 0 F=/A F=A F=A加10 0 0 1 F=/(A+B) F=A+B F=(A+B)加10 0 1 0 F=/A*B F=A+/B F=(A+/B)加10 0 1 1 F=0 F=减1(2的补)F=00 1 0 0 F=/(A*B) F=A加A*/B F=A加A*/B加10 1 0 1 F=/B F=(A+B)加A*/B F=(A+B)加A*/B加1 0 1 1 0 F=(/A*B+A*/B) F=A减B减1 F=A减B0 1 1 1 F=A*/B F=A*/B减1 F=A*/B1 0 0 0 F=/A+B F=A加A*B F=A加A *B加11 0 0 1 F=/(/A*B+A*/B) F=A加B F=A加B加11 0 1 0 F=B F=(A+/B)加A*B F=(A+/B)加A*B加1 1 0 1 1 F=A*B F=A*B减1 F=A*B1 1 0 0 F=1 F=A加A F=A加A 加11 1 0 1 F=A+/B F=(A+B)加A F=(A+B)加A加11 1 1 0 F=A+B F=(A+/B)加A F=(A+/B)加A加11 1 1 1 F=A F=A减1 F=A表1-1 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功能五、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。
实验一、寄存器实验
实验一、寄存器实验一、实验目的了解模型机中各种寄存器的结构、工作原理及其控制方法，掌握运算器中寄存器的数据传输方法和基本控制原理，为后续学习CPU中数据在各寄存器之间的传输做必要的知识储备。
二、实验要求使用CP226 实验平台，将要求的数据写入相关的寄存器，并能得到准确的实验结果。
三、实验内容利用CP226 实验平台上的K23-K16开关作为DBUS 的数据，K7..K0中的某些开关作为控制信号（控制方式见六），将K23-K16上的数据写入累加器A、工作寄存器W、数据寄存器组R0、R1、R2、R3中。
其具体内容如下（本实验为脱机实验）：1.将二位学生学号的最后2位以BCD码的方式分别写入累加器A和工作寄存器W中，并将实验结果的局部贴图粘贴在实验报告上；2.将二位学生学号的最后2位以BCD码的方式分别写入R0和R1、R2和R3工作寄存器中，并将实验结果的局部贴图粘贴在实验报告上。
说明：假设某学生的学号是10112025，则最后两位是25，它的BCD码是25H，此时开关K23-K16提供的数据见表1-1所示。
表1-1：学号后两位为25时，K23..K16的开关数据（开关拨到上方为1，拨到下方为0）四、模型机概况CP226 模型机中包括了一个标准CPU 所具备所有部件，这些部件包括：运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM，以及中断控制电路、跳转控制电路。
其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD 实现，其它电路都是由离散的数字电路组成。
模型机为8 位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。
相比而言8 位机的实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收（模型机的结构见附件1）。
实验一 寄存器与运算器实验
实验一寄存器与运算器实验内容一寄存器实验一、实验目的1. 了解模型机中A, W寄存器结构、工作原理及其控制方法。
2. 了解模型机中寄存器组R0..R3结构、工作原理及其控制方法。
3. 了解模型机中地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT寄存器结构、工作原理及其控制方法。
二、实验要求1、A、W寄存器：利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器A，W。
2、R0、R1、R2、R3寄存器实验：利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，对数据寄存器组R0..R3进行读写。
3、MAR、ST、OUT寄存器：利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。
三、实验原理寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部分寄存器是8位的，标志位寄存器(Cy, Z)是二位的。
COP2000用74HC574来构成寄存器。
74HC574的功能如下：说明：1. 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到8个触发器中2. 当OC = 1 时触发器的输出被关闭，当OC=0时触发器的输出数据注意：1. 数据是在放开CLK键后改变的，也就是CLK的上升沿数据被打入。
2. 当允许打入信号为高时，即使CLK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。
74HC574工作波形图四、实验原理（一）A，W寄存器实验1. 原理图寄存器A原理图寄存器W原理图2.工作波形图寄存器A，W写工作波形图3. 连接线表4.实验数据将66H写入W寄存器（二）R0，R1，R2，R3寄存器实验1. 原理图寄存器R0，R1，R2，R3原理图2.工作波形图寄存器R写工作波形图寄存器R读工作波形图3. 连接线表（自行设计）4. 实验数据K1(SB), K0(SA) 用于选择寄存器。
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
I8~ SS SS SC B A T H I 0 按START前 按START后 ALU输出 SVZC
运算
ALU输 出
SVZ C
MVRD R0 , 0101
2018年10月11日星期四
16
置数举例
MVRD R0 , 0101 分析 数据要写入到R0寄存器，所以选择B口； 又因为0101H→R0可以看做0101H+0 →R0，故I2I1I0取值为 111， I5I4I3取值为000， I8I7I6取值为011； 最后置数取值： A口地址：XXXX B口地址：0000 I8I7I6 I5I4I3 I2I1I0 ：011 000 111 SST:000 SSH:00 Sci:00
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；
2018年10月11日星期四
R∧S
R⊕S R⊕S
6
111
通用寄存器组
16个通用寄存器； ——4位地址
计算机组成原理实验报告
实验1 通用寄存器实验一、实验目的1.熟悉通用寄存器的数据通路。
2.了解通用寄存器的构成和运用.二、实验要求掌握通用寄存器R3~R0的读写操作.三、实验原理实验中所用的通用寄存器数据通路如下图所示。
由四片8位字长的74LS574组成R1 R0（CX）、R3 R2（DX）通用寄存器组。
图中X2 X1 X0定义输出选通使能，SI、XP控制位为源选通控制。
RWR为寄存器数据写入使能，DI、OP为目的寄存器写选通。
DRCK信号为寄存器组打入脉冲，上升沿有效.准双向I/O输入输出端口用于置数操作,经2片74LS245三态门与数据总线相连。
图2—3-3 通用寄存器数据通路四、实验内容1.实验连线连线信号孔接入孔作用有效电平2.寄存器的读写操作①目的通路当RWR=0时，由DI、OP编码产生目的寄存器地址，详见下表.通用寄存器“手动／搭接”目的编码②通用寄存器的写入通过“I/O输入输出单元”向R0、R1寄存器分别置数11h、22h，操作步骤如下：通过“I/O输入输出单元”向R2、R3寄存器分别置数33h、44h，操作步骤如下：③源通路当X2~X0=001时，由SI、XP编码产生源寄存器，详见下表.通用寄存器“手动／搭接”源编码④ 通用寄存器的读出关闭写使能，令K18（RWR ）=1，按下流程分别读R0、R1、R2、R3。
五、实验心得通过这个实验让我清晰的了解了通用寄存器的构成以及通用寄存器是如何运用的，并且熟悉了通用寄存器的数据通路，而且还深刻的掌握了通用寄存器R3~R0的读写操作。
实验2 运算器实验一、实验目的掌握八位运算器的数据传输格式,验证运算功能发生器及进位控制的组合功能.二、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU 运算控制位的运用.三、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图2-3—1所示。
ALU 运算器由CPLD 描述。
运算器的输出FUN 经过74LS245三态门与数据总线相连,运算源寄存器A 和暂存器B 的数据输入端分别由2个74LS574锁存器锁存，锁存器的输入端与数据总线相连，准双向I/O 输入输出端口用来给出参与运算的数据，经2片74LS245三态门与数据总线相连。
计算机组成原理实验（接线、实验步骤）方案
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
实验一 运算器实验
实验一 运算器实验
实验目的、器材和内容
一、实验目的 ① 掌握16位串/并运算器的工作原理及设计方法。 ② 掌握4位函数发生器74LS181、 先行进位发生器74LS182 以及多功能8位移位寄存器74198的工作原理和使用方法。 二、实验器材 FD-CES-B实验仪一台，FD-CES-B运算器实验板一块，示波器 一台。 三、实验内容 ① 用四片4位并行算术逻辑单元74181、一片先行进位发生 器74182、两片74198及两片74377等，组装一个组间串行/ 并行进位可变的16位运算器。 ② 验证集成电路74181、74198的功能。 ③ 分别测试16位运算器组间串行进位和组间并行进位情况 下的延迟时间。
四、实验原理
四、实验原理（续）
实验原理图
见单独的幻灯片
五、验证
五、验证（续）
五、验证（续）
在实验箱上各开关的作用： K0～K7：数据低8位，K16～K23：数据高8位 K8、K9：用来将结果从74181传送到74198（K8、K9 必须和单脉冲开关S2一起使用）
K10：M，控制选择算术或逻辑运算 K11：CN，算术运算时来自低位的进位 K12～K15：S0～S3，选择16个状态中的一个
六、验证举例
例1：F=A加B （设A=2，B=3）（注：F=A加 B是算术加，F=A+B是逻辑加） ① 设置第一个数据：利用逻辑运算F=B
六、验证举例（续）
六、验证举例（续）
七、延迟时间波形
串行
并行
计算机组成原理实验指导及答案.docx
计算机组成原理实验指导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输方式。
2. 验证运算功能发生器(74LS1 81)及进位控制的组合功能。
二、实验要求完成不带进位及带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑运算单元的运用0三、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图7-1-1所示。
其中运算器山两片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|' J(74LS245)以8芯扁平线方式 和数据总线相连，运算器的2个数据输入端分别由二个锁存器(74LS273)锁存，锁存器的 输入亦以8芯扁平线方式与数据总线相连，数据开关(INPUT DEVICE)川來给出参与运算 的数据，经一三态fJ(74LS245)以8芯扁平线方式和数据总线相连，数据显示灯(BUS UNIT) 已和数据总线相连，用來显示数据总线内容。
图7-1-1中T2、T4为时序电路产生的节拍脉冲信号，通过连接吋序启停单元时钟信号 來获得，剩余均为电平控制信号。
进行实验时，首先按动位于本实验装置右中侧 的复位按钮使系统进入初始待令状态，在LED 显示器闪动位岀现“P.”的状态下，按【增进！ 二 I制' 开' 关• 单' 元I址】命令键使LED 显示器口左向右第4位切换到提示符“L” ,表示本装置已进入手动单 元实验状态，在该状态卜•按动【单步】命令键，即可获得实验所需的单脉冲信号，而LDDR1、 LDDR2、ALU-B 、SW-B 、S3、S2、S1、SO 、CN 、M 各电平控制信号用位于LED 显示 器上方的26位二进制开关來模拟，均为高电平有效。
四、实验连线両时序启停JUUTO O图7-1-2实验连线示意图按图7-1-2所示，连接实验电路：① 总线接口连接：用8芯扁平线连接图7-1-2屮所有标明“U 帕”或“目儷”图 案的总线接口。
② 控制线与时钟信号“皿1”连接：用双头实验导线连接图7-1-2中所侑标明“O+C”O或“受”图案的插孔（注：Dais-CMH 的吋钟信号已作内部连接）。
计算机组成原理的实验报告
计算机组成原理的实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是深入理解计算机组成原理中的关键概念和组件，通过实际操作和观察，增强对计算机硬件系统的认识和掌握能力。
具体包括：1、了解计算机内部各部件的工作原理和相互关系。
2、熟悉计算机指令的执行流程和数据的传输方式。
3、掌握计算机存储系统的组织和管理方法。
4、培养分析和解决计算机硬件相关问题的能力。
二、实验设备本次实验使用的设备包括计算机、逻辑分析仪、示波器以及相关的实验软件和工具。
三、实验内容1、运算器实验进行了简单的算术运算和逻辑运算，如加法、减法、与、或等操作。
观察运算结果在寄存器中的存储和变化情况。
2、控制器实验模拟了指令的取指、译码和执行过程。
分析不同指令对计算机状态的影响。
3、存储系统实验研究了内存的读写操作和地址映射方式。
考察了缓存的工作原理和命中率的计算。
4、总线实验观察数据在总线上的传输过程和时序。
分析总线竞争和仲裁的机制。
四、实验步骤1、运算器实验步骤连接实验设备，将运算器模块与计算机主机相连。
打开实验软件，设置运算类型和操作数。
启动运算，通过逻辑分析仪观察运算过程中的信号变化。
记录运算结果，并与预期结果进行比较。
2、控制器实验步骤连接控制器模块到计算机。
输入指令序列，使用示波器监测控制信号的产生和变化。
分析指令执行过程中各个阶段的状态转换。
3、存储系统实验步骤搭建存储系统实验电路。
进行内存读写操作，改变地址和数据，观察存储单元的内容变化。
分析缓存的替换策略和命中率的影响因素。
4、总线实验步骤连接总线模块，配置总线参数。
多个设备同时发送数据，观察总线的仲裁过程。
测量数据传输的时序和带宽。
五、实验结果与分析1、运算器实验结果加法、减法等运算结果准确，符合预期。
逻辑运算的结果也正确无误。
观察到在运算过程中，寄存器的值按照预定的规则进行更新。
分析：运算器的功能正常，能够准确执行各种运算操作，其内部的电路和逻辑设计合理。
2、控制器实验结果指令能够正确取指、译码和执行，控制信号的产生和时序符合指令的要求。
(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 运算器实验
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输方式。
2、验证运算功能发生器（74LS181）及进位控制的组合功能。
二、实验要求：完成不带进位及带进位算术实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑运算单元的运用。
三、实验原理：其中运算器有两片74LS181以并|串形式结构8位字长的ALU。
运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线连接，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入已连至数据总线，数据开关（INPUT UNIT）用来给出参与运算的数据，经一三态门（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。
在进行手动实验时，必须先预制开关电平|Load=1,|CE=1,其余开关控制信号电瓶均置为0。
四、实验连接：1、八位运算器控制信号连接：位于实验装置左上方的控制信号（CTR—OUT UNIT）中的（S3，S2，S1，S0，M,|CN,LDDR1，LDDR2，LDCZY,|SW—B,|ALU--B）与位于实验装置右中方的（CTR—IN UNIT）、左下方INPUT-UNIT中的（|SW-B）右上方CTR-IN（|ALU-B）作对应连接。
实验中上方信号（CN+4）与（CN+4L）相连。
2、完成上述连接，仔细检查无误后方可接通电源进入实验。
五、实验仪器工作状态设定：在闪动的“P”状态下按动“增址”命令键，使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”，表示本装置已进入手动单元实验状态。
六、实验项目：（一）、算术运算实验拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数（数据灯亮表示它所对应的数据位为“1”，反之为“0”）。
具体操作步骤图示如下：【CBA=001】LDDR1=1 LDDR1=0LDDR2=0 LDDR2=1按STEP 按STEP检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（CBA=000）打开ALU输出三态门（CBA=010），当置S3，S2，S1，S0，M为11111时，总线指示灯（BUS-DISP UNIT）显示DR1中的数，而置10101时总线指示灯将显示DR2中的数。
计算机组成原理实验(存储器)
实验一 存储器实验
• 实验接线 ⑴ MBUS连BUS2； ⑵ EXJ1连BUS3； ⑶ 跳线器J22的T3连TS3； ⑷ 跳线器J16的SP连H23； ⑸ 跳线器SWB、CE、WE、LDAR拨在左边 （手动位置）。
实验一 存储器实验
• 实验步骤 给存储器的00地址单元中写入数据11 一．写存储器 １.写地址： 关掉存储器的片选（CE=1），打开地址锁存器门控信号 （LDAR=1），打开数据开关三态门（SW-B=0），由开关给出要写 入的存储单元地址，T3产生一正向脉冲将地址打入到地址锁存器中。 此时总线地址显示灯应显示开关输入的数。 2. 写数据： 关掉地址锁存器门控信号（LDAR=0），打开存储器的片选 （CE=0），使之处于写状态（WE=1），由开关给出此单元要写入的 数据，T3给一正向脉冲将数据写入到当前的地址单元中。此时总线数 据显示灯应显示开关输入的数。
15H 0 1 0 1 0 0 1 1 53H
实验一 存储器实验
• 对随机存储器的操作有写操作和读操作。 • CPU对存储器进行读/写操作，首先由地址 总线给出地址信号，然后要发出读操作或写 操作的控制信号，最后在数据总线上进行信 息交流。因此，存储器同CPU连接时，要 完成地址线的连接、数据线的连接和控制线 的连接。
实验一 存储器实验
• 存储器实验报告册要求： １．画出实验原理简图（其中八位线即用 一根连接线表示即可）。 ２．要求写清实验步骤（最好用图示意）。 ３．要求写清实验结果。
•
• •
问题
• 从计算机体系结构的角度来看，计算机是 由哪几部分组成的？ • 运算器是由哪些部件组成的？ • CPU是由哪几部分组成的？
解答
• 从计算机体系结构的角度来看，计算机是 由运算器、存储器、控制器、输入设备和 输出设备组成。 • 运算器是由算术逻辑部件（ALU）和若干通 用寄存器组成。 • 运算器和控制器合在一起称为CPU。
计算机组成原理实验教案
《计算机组成原理》实验教案计算机科学学院计算机系第一章实验项目一、寄存器实验实验要求：利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。
实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。
实验说明：寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部寄存器是8位的，标志位寄存器(Cy, Z)是二位的。
COP2000用74HC574来构成寄存器。
74HC574的功能如下：1. 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到8个触发器中2. 当OC = 1 时触发器的输出被关闭，当OC=0时触发器的输出数据OC CLK Q7..Q0 注释1 X ZZZZZZZZ OC为1时触发器的输出被关闭0 0 Q7..Q0 当OC=0时触发器的输出数据0 1 Q7..Q0 当时钟为高时，触发器保持数据不变X D7..D0 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到触发器中74HC574工作波形图2实验1：A，W寄存器实验寄存器A原理图寄存器W原理图寄存器A，W写工作波形图连接线表连接信号孔接入孔作用有效电平1 J1座J3座将K23-K16接入DBUS[7:0]2 AEN K3 选通A 低电平有效3 WEN K4 选通W 低电平有效4 ALUCK CLOCK ALU工作脉冲上升沿打入将55H写入A寄存器3按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A 寄存器。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
将66H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据66H按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器W的黄色选择指示灯亮，表明选择W 寄存器。
《计算机组成原理》实验1寄存器试验,2运算器试验
《计算机组成原理》实验1寄存器试验,2运算器试验实验指导书课程：计算机组成原理实验教师：班级：第⼀章系统概述1.1 实验系统组成第⼆章基础模块实验实验⼀寄存器实验实验⽬的：熟悉试验仪各部分功能。
掌握寄存器结构、⼯作原理及其控制⽅法。
实验内容：利⽤实验仪开关区上的开关sk23-sk16提供数据，其它开关做为控制信号，将数据通过DBUS写⼊OUT 寄存器，并将OUT寄存器的内容送往扩展区通过数码管和发光⼆极管显⽰。
实验原理：实验箱⽤74HC273 来构成寄存器。
（1）74HC273的功能如下：（2）实验箱中74HC273的连接⽅式：（3）实验逻辑框图12、打开实验仪电源，按CON单元的nRST按键，系统复位；如果EXEC键上⽅指⽰灯不亮，请按⼀次EXEC键，点亮指⽰灯，表⽰实验仪在运⾏状态。
3、利⽤开关和控制信号将数据通过DBUS写⼊OUT寄存器，并将OUT寄存器的内容送往扩展区通过数码管和发光⼆极管显⽰。
并写出将数据5FH写⼊OUT寄存器的操作过程。
实验⼆运算器实验实验⽬的：了解运算器的组成结构；掌握运算器的⼯作原理和控制⽅法。
实验内容：利⽤实验仪提供的运算器，通过开关提供数据信号，将数据写⼊寄存器A和寄存器B，并⽤开关控制ALU的运算⽅式，验证运算器的功能。
实验原理：（1）实验逻辑框图：信号说明：IN0~IN7：ALU数据输⼊信号ALU_D0~ALU_D7：ALU数据输出信号：寄存器A写信号，低电平有效。
当T1节拍信号到来，该信号有效时，IN0~IN7数据可以写⼊寄存器A。
：寄存器B写信号，低电平有效。
当T2节拍信号到来，该信号有效时，IN0~IN7数据可以写⼊寄存器B。
：ALU计算结果读出信号，当T3节拍信号到来，该信号有效时，ALU计算结果送往ALU_D0~ALU_D7。
S3~S0,CN_I：ALU运算控制信号，控制ALU的运算⽅法。
T1,T2,T3：三个节拍信号，⾼电平有效，由con区的uSTEP按键控制，在运⾏状态时，依次按下uSTEP 键会依次发出T1、T2、T3节拍。
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课程名称：计算机组成原理
实验项目：寄存器与运算器实验
姓名：李翠超
专业：计算机科学与技术
班级：计算机6班
学号：1609040307
计算机科学与技术学院
实验教学中心
2017年10 月27 日
实验项目名称：寄存器实验
一、实验目的
1.了解模型机中A, W寄存器结构、工作原理及其控制方法。
2.了解模型机中寄存器组R0..R3结构、工作原理及其控制方法。
3.了解模型机中地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT寄存器结构、工作理及其控制方法。
4.A、W寄存器：利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器A，W。
5.了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法；
6.熟悉移位寄存器的结构及工作原理。
二、实验内容
1、A、W寄存器：利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信
号，将数据写入寄存器A，W。
2、R0、R1、R2、R3寄存器实验：利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它
开关做为控制信号，对数据寄存器组R0..R3进行读写。
3.运算器：利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，
将数据写入寄存器A，W；然后利用运算控制信号实现算术及逻辑运算，将结果输出到直通门
D。
三、实验用设备仪器及材料
COP2000计算机组成原理实验平台(实验平台上有寄存器组R0-R3、运算单元、累加器A、暂存器W、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、20个按键、字符式LCD、RS232口)、导线若干
四、实验原理及接线
(一)74HC574
寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部寄存器是8位的，标志位寄存器(Cy, Z)是二位的。
COP2000用74HC574来构成寄存器。
74HC574的功能如下：
说明： 1. 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到8个触发器中 2. 当OC = 1 时触发器的输出被关闭，当OC=0时触发器的输出数据注意：1. 数据是在放开CLK键后改变的，也就是CLK的上升沿数据被打入。
2. 当允许打入信号为高时，即使CLK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。
(二)A，W寄存器实验
1. 原理图寄存器A原理图
寄存器W原理图2.工作波形图
3. 连接线表
按住CLOCK脉冲键，A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
将66H写入W寄存器
注意观察：１．数据是在放开CLOCK键后改变的，也就是CLOCK的上升沿数据被打入。
２．WEN，AEN为高时，即使CLOCK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。
（三）R0，R1，R2，R3寄存器实验
1.原理图
2. 连接线表
3.将数据写入寄存器
K11(RRD)有效向寄存器写入数据，而K12(RWR)有效（高电平）读有效。
(四)运算器实验
COP2000 中的运算器由一片EPLD实现. 有8 种运算, 通过S2,S1,S0 来选择.运算数据由寄存器A及寄存器W 给出, 运算结果输出到直通门D。
运算表
接线表
五、实验操作步骤
1.先关闭电源，照着连接线表将导线连接好。
2.打开电源，在二进制开关k23-k16中输入数据，依次调整k1,k2为00，01，10，10 将11H写入R0,
22H写入R1,
33H写入R2,
44H写入R3。
3．将aaH写入R0寄存器
将bbH写入R1寄存器
将bbH写入R2寄存器
将bbH写入R3寄存器
问7F取反，在从液晶屏显示。
按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
六、实验结果分析
7F 取反后输出 80。
在液晶屏上显示了80.
注意连接线表
向寄存器中写入数据如下：。