计算机组成原理实验

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：姜香玉

专业：网络工程

学号：132055215

日期：2015年12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 2003＋emu8086＋proteus仿真器实验日期2015年.10 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

实验原理：

算术逻辑运算单元的核心是由74LS181 构成，它可以进行二进制数的算术逻辑运算，74LS181 的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现。当正确设置74LS181的各个控制信号，74LS181 会运算数据锁存器内的数据。由于数据锁存器已经把数据锁存，只要74LS181的控制信号不变，那么74LS181 的输出数据也不会发生改变。输出缓冲器采用74LS245，当控制信号为低电平时，74LS245导通，把74LS181 的运算结果输出到数据总线，高电平时，74LS245 的输出为高阻。

实验中所用的运算器数据通路如图所示。

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)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)用来给出参与运算的数据，经一三态门(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，用来显示数据总线内容。

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）实现电路图：

1.设计并验证4位算数逻辑单元的功能

2.实现8位算数逻辑单元

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）（一）验证了基本要求,实现了设计并验证4位算数逻辑单元、实现输入输出锁存、实现8位算数逻辑单元的功能.

运行结果：图一

图二：

（二）思考问题：单总线，双总线和三总线结构在设计上的异同

答：单总线结构：对这种结构的运算器来说，在同一时间内，只能有一个操作数放在单总线上。为了把两个操作数输入到ALU，需要分两次来做，而且还需要A，B两个缓冲寄存器。这种结构的主要缺点是操作速度较慢。虽然在这种结构中输入数据和操作结果需要三次串行的选通操作，但它并不会对每种指令都增加很多执行时间。只有在对全都是CPU寄存器中的两个操作数进行操作时，单总线结构的运算器才会造成一定的时间损失。但是由于它只控制一条总线，故控制电路比较简单。

双总线结构：在这种结构中，两个操作数同时加到ALU进行运算，只需一次操作控制，而且马上就可以得到运算结果。两条总线各自把其数据送至ALU的输入端因而

必须在ALU输出端设置缓冲寄存器。为此，操作的控制要分两步完成：（1）在ALU的两个输入端输入操作数，形成结果并送入缓冲寄存器；（2）把结果送入目的寄存器。

三总线结构：在三总线结构中，ALU的两个输入端分别由两条总线供给，而ALU 的输出则与第三条总线相连。这样，算术逻辑操作就可以在一步的控制之内完成。另外，设置了一个总线旁路器。如果一个操作数不需要修改，而直接从总线2传送到总线3，那么可以通过控制总线旁路器把数据传出；如需要修改，那么就借助于ALU。

五．结论

完成了本次实验要求的设计并验证4位算数逻辑单元、实现输入输出锁存、实现8位算数逻辑单元的实验内容。学会了如何使用proteus仿真系统，掌握了运算器工作原理，熟悉了算术运算的运算过程以及控制这种运算的方法。

实验二：寄存器实验

实验环境PC机＋Win 2003＋emu8086＋proteus仿真器实验日期2015.10 一．实验内容

1.理解CPU运算器中寄存器的作用

2.设计并验证寄存器组（至少四个寄存器）

3.实现更多的寄存器（至少8个）

二．理论分析或算法分析

单元电路：

实验中所用的寄存器数据通路如图所示。由74LS373组成寄存器组成。寄存器的输入接口用一8芯扁平线连至BUS总线接口，而寄存器的输出接口用一8芯扁平线连至BUS 总线接口。经CBA二进制控制开关译码产生数据输出选通信号，LDR0、LDR1、LDR2为数据写入允许信号，由二进制控制开关模拟，均为高电平有效。

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）实验电路：

1.设计并验证寄存器组

2.扩展成四组（由于空间有限，只能实现两组）

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）（一）验证了基本要求,实现了设计并验证寄存器组（至少四个寄存器）、实现更多的寄存器（至少8个）的功能.

运行结果：图一

（二）思考问题：随着寄存器的增多，电路设计的复杂度是什么比例增大答：在电路设计中，随着寄存器的增多，电路设计的复杂程度是成倍增大的。

五．结论

完成了本次实验要求的设计并验证寄存器组（至少四个寄存器）、实现更多的寄存器（至少8个）的功能的实验内容。学会了如何扩展多组寄存器以及寄存器的工作原理.明白了CPU运算器中计算器的作用：

（1）可将寄存器内的数据执行算术及逻辑运算。

（2）存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置，即寻址。

（3）可以用来读写数据到电脑的周边设备。

实验三：输入输出实验

实验环境ISIS仿真软件实验日期2015.11 实现方法：

实验（1）