计算机科学与技术系

实 验 报 告

专业名称 软件工程

课程名称 计算机组成原理

项目名称 基本运算器实验

班 级

学 号

姓 名

同组人员

实验日期 2015.4.20

一、实验目的与要求

(1)了解运算器的组成结构

(2)掌握运算器的工作原理

2、 实验逻辑原理图与分析

CN

算数运算部件

移位运算

部件

逻辑运算

部件

A(273)

B(273)

显示A

显示B

三选一开关

三态控制(245)

译 码 器

LDA

T4

D[7…0]

IN[7…0]

LDB

T4

FC

FC

CN

CY2

运算器原理图

分析：运算器内部还有三个独立运算部件，分为算数、逻辑、移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B中，三个部件同时接收来自A和B的数据，个部件对操作数进行何种操作由控制信号S3S2S1S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只能选择三部件中的一个部件的结果作为ALU的输出。如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。ALU中所有模块集成在一片CLPD中。

三、数据通路图及分析 (画出数据通路图并作出分析)

S1

S0

FZ

FC

Cn

S2

A=XX

B=XX

多路开关

进位

判零

LDA

T4

LDB

T4

SHF=XX

LOG=XX

S1

S1

S2

S2

S0

S3

CY1

CY2

T4

S1

S1

S2

S2

S2

S3

S0

CY2

T4

Cn

FC

S0

ART=XX

X X X X X X X X

X X X X X X X X

逻辑运算数据通路

S1

S0

FZ

FC

Cn

S2

A=XX

B=XX

多路开关

进位

判零

LDA

T4

LDB

T4

SHF=XX

LOG=XX

S1

S1

S2

S2

S0

S3

CY1

CY2

T4

S1

S1

S2

S2

S2

S3

S0

CY2

T4

Cn

FC

S0

ART=XX

X X X X X X X X

X X X X X X X X

逻辑运算数据通路

S1

S0

FZ

FC

Cn

S2

A=XX

B=XX

多路开关

进位

判零

LDA

T4

LDB

T4

SHF=XX

LOG=XX

S1

S1

S2

S2

S0

S3

CY1

CY2

T4

S1

S1

S2

S2

S2

S3

S0

CY2

T4

Cn

FC

S0

ART=XX

X X X X X X X X

X X X X X X X X

算术运算数据通路

四、实验数据和结果分析

实验数据：

运算类型

A

B

S3 S2 S1 S0

CN

结果

逻辑运算

65

A7

0 0 0 0

X

F=(65) FC=(0) FZ=(0)

65

A7

0 0 0 1

X

F=(A7) FC=(0) FZ=(0)

0 0 1 0

X

F=(25) FC=(0) FZ=(0)

0 0 1 1

X

F=(E7) FC=(0) FZ=(0)

0 1 0 0

X

F=(9A) FC=(0) FZ=(0)

移位运算

0 1 0 1

X

F=(CA) FC=(0) FZ=(0)

0 1 1 0

0

F=(32) FC=(1) FZ=(0)

1

F=(B2) FC=(1) FZ=(0)

0 1 1 1

0

F=(CA) FC=(1) FZ=(0)

1

F=(CA) FC=(0) FZ=(0)

算数运算

1 0 0 0

X

F=(65) FC=(0) FZ=(0)

1 0 0 1

X

F=(0C) FC=(1) FZ=(0)

1 0 1 0

X

F=(0D) FC=(1) FZ=(0)

1 0 1 1

X

F=(BE) FC=(1) FZ=(0)

1 1 0 0

X

F=(64) FC=(0) FZ=(0)

1 1 0 1

X

F=(66) FC=(0) FZ=(0)

结果分析：

(1)当S3、S2、S1、S0=0010时，此时运算器进行的是逻辑与运算，因为暂存器A中的数据存入的是65H，用二进制表示为0110 0101，暂存器B中的数据存入的是A7H，用二进制表示为1010 0111，将A和B的二进制数进行逻辑与后得到的二进制数为0010 0101，其十六进制表示为25H，故运算器中的显示数据为25H。

(2)当S3、S2、S1、S0=0011时，此时运算器进行的是逻辑或运算，因为暂存器A中的数据存入的是65H，用二进制表示为0110 0101，暂存器B中的数据存入的是A7H，用二进制表示为1010 0111，将A和B的二进制数进行逻辑与后得到的二进制数为1110 0111，其十六进制表示为E7H，故运算器中的显示数据为E7H。

(3)当S3、S2、S1、S0=0111，CN=1时，此时运算器进行的是F=A带进位循环左移一位，因为暂存器A中的数据存入的是65H，用二进制表示为0110 0101，将其左移一位0，末位补上移出的0后，其二进制表示为1100 1010，其对应的十六进制表示为CAH，故运算器中的显示数据为CAH。

(4)当S3、S2、S1、S0=1011时，此时运算器进行的是算术运算F=A-B，因为暂存器A中的数据存入的是65H，用二进制表示为0110 0101，暂存器B中的数据存入的是A7H，用二进制表示为1010 0111，因为AB，故无法进行正常的相减，然而A-B等价于A+B补，B补=0101 1001，相加后得到二进制数1011 1110，其十六进制表示为BEH，故运算器中的显示的数据为BEH。

五、实验问题分析、思考题与小结

实验问题分析：

在本次实验过程中，我在连接好线路后，按照实验指导书上的步骤将两个数据分别存入到暂存器A和暂存器B中，然后根据表3-1分别对S3、S2、S1、S0和CN置数，然后将运算器中显示的数据填写到表格当中，然后发现其中某些数据与实际数据不对应，经检查后发现原来是CN一直保持为0，故导致部分答案不一致。

思考题：

1. CON单元的SD27...SD20数据开关置为一个二进制数(任意)、置LDA=1，LDB=0，连续按动时序单元的ST按钮，实现了什么数据通路？

答：将该二进制数通过数据开关打入到暂存器A中。

2. CON单元的SD27...SD20数据开关置为一个二进制数(任意)、置LDA=0，LDB=1，连续按动时序单元的ST按钮，实现了什么数据通路？

答：将该二进制数通过数据开关打入到暂存器B中。

3.置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0置(S3、S2、S1、S0)=1111，实现了什么数据通路，进行什么运算？

答：LDA，LDB-ART-多路开关-BUS,进行的是算数运算，保留。

4.置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0置(S3、S2、S1、S0)=1010，实现了什么数据通路，进行什么运算？

答：LDA，LDB-ART-多路开关-BUS,进行的是算数运算，F=A+B+FC。

5.置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0置(S3、S2、S1、S0)=1010，运算结果是多少？

答：F=A+B+FC,FC=0时F=0D,FC=1时，F=OE。

6. 你对74181的功能有哪些认识？

答：4位算逻单元，A、B为输出操作数，F为结果，可以进行算数运算和逻辑运算，Cn为低位进位，通过与74182的级联可以构造多位数的加法器。

小结：

在本次实验中，我初步了解了运算器的基本组成结构，并且掌握了运算器的工作原理。与此同时，我对运算器的三种运算，逻辑运算、算术运算和移位运算有了直观的感受，对与它们的理解更加深刻，也懂得了这三种运算的区别和联系。在实验中，给我的最大感受依旧是细心决定实验的成败，往往实验中的一次小小的走神，总是会致使你的某一步错误，然后导致实验结果的错误，而且你还觉得自己做的都是正确的，不知道实验究竟是错在哪里。

得分(百分制)

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