计算机组成原理课程设计报告书
实验一 验证74LS181运算和逻辑功能
实验名称：
验证74LS181运算和逻辑功能
实验目的：
（1）.掌握算术逻辑单元（ALU）的工作原理；
（2）.熟悉简单运算器的数据传送通路；
（3）.画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；
（4）.验证4位运算功能发生器（74LS181）组合功能。
实验设备：
74LS181,4段LED，开关若干
实验原理：
ALU能进行多种算术运算和逻辑运算。4位ALU-74LS181能进行16种算术运算和逻辑运算。功能表如下：
|
方式 |
M=1逻辑运算 |
M=0算术运算 |
|
|
S3 S2 S1 S0 |
逻辑运算 |
CN=1（无进位） |
CN=0（有进位） |
|
0 0 0 0 |
F=/A |
F=A |
F=A加1 |
|
0 0 0 1 |
F=/(A+B) |
F=(A+B) |
F=(A+B)加1 |
|
0 0 1 0 |
F=(/A)B |
F=A+/B |
F=(A+/B)加1 |
|
0 0 1 1 |
F=0 |
F=负1（补码形式） |
F=0 |
|
0 1 0 0 |
F=/(AB) |
F=A加A(/B) |
F=A加A/B加1 |
|
0 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 |
F=A减B减1 |
F=A减B |
|
0 1 1 1 |
F=A/B |
F=A(/B)减1 |
F=A(/B) |
|
1 0 0 0 |
F=/A+B |
F=A加AB |
F=A加AB加1 |
|
1 0 0 1 |
F=/( A⊕B) |
F=A加B |
F=A加B加1 |
|
1 0 1 0 |
F=B |
F=(A+/B)加AB |
F=(A+/B)加AB加1 |
|
1 0 1 1 |
F=AB |
F=AB减1 |
F=AB |
|
1 1 0 0 |
F=1 |
F=A加A |
F=A加A加1 |
|
1 1 0 1 |
F=A+/B |
F=(A+B)加A |
F=(A+B)加A加1 |
|
1 1 1 0 |
F=A+B |
F=(A+/B)加A |
F=(A+/B)加A加1 |
|
1 1 1 1 |
F=A |
F=A减1 |
F=A |
|
引脚 |
说明 |
|
M状态控制端 |
M=1逻辑运算；M=0算术运算。 |
|
S3 S2 S1 S0运算选择控制 |
S3 S2 S1 S0决定电路执行哪一种算术 |
|
A3 A2 A1 A0 |
运算数1，引脚3为最高位 |
|
B3 B2 B1 B0 |
运算数2，引脚3为最高位 |
|
Cn 最低位进位输入 |
Cn=0有进位，Cn=1无进位； |
|
Cn+4本片产生的进位信号 |
Cn+4=0有进位，Cn+4=1无进位； |
|
F3 F2 F1 F0 |
F3 F2 F1 F0运算结果，F3为最高位 |
(上表中的“/”表示求反)
ALU-74LS181引脚说明：M=1逻辑运算，M=0算术运算。
实验内容：
电路如下所示：
验证结果如下：
|
S0 S1 S2 S3 |
数据1 |
数据2 |
算术运算（M=0） |
逻辑运算 （M=1） |
|
|
CN=1(无进位) |
CN=0(有进位) |
||||
|
0 0 0 0 |
AH |
5H |
F=A |
F=B |
F=5 |
|
0 0 0 1 |
AH |
5H |
F=F |
F=0 |
F=0 |
|
0 0 1 0 |
AH |
5H |
F=A |
F=B |
F=5 |
|
0 0 1 1 |
AH |
5H |
F=F |
F=0 |
F=0 |
|
0 1 0 0 |
FH |
1H |
F=D |
F=E |
F=E |
|
0 1 0 1 |
FH |
1H |
F=D |
F=E |
F=E |
|
0 1 1 0 |
FH |
1H |
F=D |
F=E |
F=E |
|
0 1 1 1 |
FH |
1H |
F=D |
F=E |
F=E |
|
1 0 0 0 |
FH |
FH |
F=E |
F=F |
F=F |
|
1 0 0 1 |
FH |
FH |
F=E |
F=F |
F=F |
|
1 0 1 0 |
FH |
FH |
F=E |
F=F |
F=F |
|
1 0 1 1 |
FH |
FH |
F=E |
F=F |
F=F |
|
1 1 0 0 |
5H |
5H |
F=A |
F=B |
F=F |
|
1 1 0 1 |
5H |
5H |
F=A |
F=B |
F=F |
|
1 1 1 0 |
5H |
5H |
F=4 |
F=5 |
F=5 |
|
1 1 1 1 |
5H |
5H |
F=4 |
F=5 |
F=5 |
总结以及心得体会：
通过这次实验，我熟悉了multisim这个软件的使用，原来这个软件居然是如此的神奇，更加重要的是，原本在书本上的元件，实际使用之后愈加加深了我对计算机计算方式以及硬件组成的理解，计算机不再是书本上老学究们所讲的怎样怎样，我自己有了深刻的体会!
这个实验难度并不大，关键在于加深对计算机的理解！
实验二 运算器
实验名称：
运算器
实验目的：
（1） 进一步熟练掌握算术逻辑单元（ALU）的应用方法；
（2） 进一步熟悉简单运算器的数据传送原理；
（3） 画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；
（4） 熟练掌握有关数字元件的功能和使用方法；
（5） 熟练掌握有关子电路的创建及使用。
实验原理：
本实验仿真单总线结构的运算器，原理如下图图2-2所示。相应的电路如图2-3所示。
电路图中，最右边的像5线谱的器件模拟8位数据总线；与74LS244连接的8个开关产生所需数据记为K8；74LS244为三态门电路，用于设置各个寄存器的值，切记总线只有一个输入；两个74LS273部件作为暂存工作寄存器DR1和DR2；两个74374部件作为通用寄存器GR1和GR2；众多的开关作为控制电平或打入脉冲；众多的8段显示屏显示相应位置的数据信息；核心为8位ALU部件。
图2-2单总线结构的运算器示意图
实验电路如下：
其中的一些层次块：
74244_BLOCK内容：
74273_BLOCK内容：
74374_BLOCK内容：
K8_BLOCK内容：
8BIT_ALU_BLOCK内容：
实验内容：
按图2-3搭建电路，完成如下操作。
（1） 说明整个电路工作原理。
（2） 说明74LS244N的功能及其在电路中的作用，及输入信号G有何作用；
（3） 说明74LS273N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK有何作用；
（4） 说明74LS374N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK和OC有何作用；
（5） K8产生任意数据存入通用寄存器GR1。
（6） K8产生任意数据存入通用寄存器GR2。
（7） 完成GR1+ GR2→GR1。
（8） 完成GR1- GR2→GR1。
（9） 完成GR1∧GR2→GR1。
（10）完成GR1∨GR2→GR1。
（11）完成GR1⊕GR2→GR1。
（12）~GR1→GR2。（“~”表示逻辑非运算）
（13）~GR2→GR1。
实验解答：
（1）整个电路的工作原理：该电路图完成一些基本的算数运算和逻辑运算，通过对181的控制端的输入，完成相应的运算。通过74LS244控制端输入相应的信号，送到总线，总线又把输入信号送到GR1，通过双击单脉冲，把输入信号送到DR1并在LED上显示出来，此时通过双击与273相连的脉冲，把输入信号暂时保存到DR1中，重复上述操作把另一个输入信号保存到DR2中。
（2）74LS244为三态门电路，用于设置各个寄存器的值，切记总线只有一个输入；输入信号G是使能控制端，低电平有效。
（3）74LS273部件作为暂存工作寄存器，暂时保存要进行运算的信号。CLR的作用即清零，清除保存到该寄存器的信号。
（4）74374部件作为通用寄存器GR1和GR2，在此电路中是保存和传送信号。
OC的作用是OUTPUT CONTROL控制输出。
（5）通过双击与74LS273（0）相连的单脉冲，即把数据存入到了GR1，并在相应的LED上显示出来。
（6）同（5）。
(7)^(13)略。
总结以及心得体会：
通过这次实验，我深刻地体味到了计算机世界的神奇，运算都是一步一步来实现的，既有运算的部件，也有存储的部件，也有控制传数的部件，一张计算机网络就像是一个忙碌的生产空间，一切都通过cpu的调度（这里是通过自己手动控制），计算机完成了一项又一项的运算这样的话，我想，如果把控制指令也存储起来，是不是计算机就可以自己运动起来了？实际上计算机也是这样做的，这次实验，我理解了以前的很多疑惑，比如说计算机里为什么要有时钟脉冲？这里是为了实现一步一步的运算，没有时钟脉冲的话，计算机会是一片混乱，等等。计算机里面的操作，不再是书本上冷冷的几句话语，现在，它已经出现在我眼前！
实验三：乘法实现
实验名称：
乘法实现
实验目的：
开放性实验，根据原理图实现乘法的电路设计以及运行。
实验原理：
如下图，下图是实现原码一位乘法运算的基本硬件配置框图，根据这幅图用一位相加方法实现乘法，自行选择器件设计电路并运行。
完成后的电路图如下：
74LS194_BLOCK内容：
实验内容：
略。
总结及心得体会：
通过这次实验，我更加深刻地体会到了计算器内乘法器的实现方式，这个实验的过程颇有一些曲折，由于开始时的两个实验都有原理图可以参考，但是这个实验完全是开放性的，完全没有原理图可以参考，我一开始是以为自己完不成这个实验的，毕竟自己不是弄这一行的，自己也是抱着玩玩的心态来对待这个实验的，不过，结果却出人意料，我自己居然完成了这个实验，看来那句话是对的“你对自己说了100万次‘我不行’，但是大多的时候，你还是行的！”，也对，一件事情，自己如果都没有尝试过，怎么能说自己不行呢？所以一定要尝试，努力去做就对了，没做出来也没有什么要紧的！
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