华中科技大学组成原理实验报告运算器组成原理实验.doc-资料库

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课程实验报告课程名称：计算机组成原理专业班级：信息安全 1003 班学号： U201014669 姓名：蒋志斌同组成员：张源信报告日期： 2012 年 5 月计算机科学与技术学院

目录一、实验名称 ............................................................................................................................ 3 二、实验目的 ............................................................................................................................ 3 三、实验设备 ............................................................................................................................ 3 四、实验任务 ............................................................................................................................ 3 五、预备知识 ............................................................................................................................ 4 1、运算器的相关知识...................................................................................................... 4 2、注意事项： .................................................................................................................. 4 六、设计思路、电路实现与电路分析说明 ............................................................................4 1、任务分析...................................................................................................................... 4 2、设计思路...................................................................................................................... 6 3、电路实现与详细分析说明 .......................................................................................... 7 七、实验结果的记录与分析 .................................................................................................... 9 八、实验中碰到的问题及解决办法......................................................................................10 九、收获与体会...................................................................................................................... 10 十、参考书目 ...........................................................................................................................11

一、实验名称实验名称：运算器组成实验二、实验目的 1、掌握带累加器的运算器实验 2、掌握溢出检测的原理及实现方法 3、理解有符号数和无符号数运算的区别 4、理解基于补码的加\减运算实现原理 5、熟悉运算器的数据传输通路 6、利用 74181 和 74182 以及适当的门电路和多路选择器设计一个运算，要求支持有符号数和无符号数的运算支持补码加减法运算，支持有符号数溢出检测等功能三、实验设备 JZYL—Ⅱ型计算机组成原理实验仪一台芯片：74LS181 运算器芯片 74LS373 8D 锁存器 2 片 3 片四、实验任务自己设计一个电路和利用实验参考电路进行实验，实验要求先将多个运算数据事先存入存储器中，再由地址选中，选择不同的运算指令，进行运算，并将结果显示，还可以进行连续运算和移位，最后将最终结果写入到存储器中。

五、预备知识 1、运算器的相关知识运算器是对数据进行加工处理的部件，它具体实现数据的算术运算和逻辑运算，所以又称算术逻辑运算部件，简称 ALU，它是中央处理器的重要组成部分。计算机中的运算器结构一般都包含如下几个部分：加法器、一组通用寄存器、输入数据选择电路和输出数据控制电路等。74LS181 能执行 16 种算术运算和 16 种逻辑运算，当工作方式控制端（M）为低电平时执行算术运算，当工作方式控制端（M）为高电平时执行逻辑运算，运算功能由功能选择端（S0-S3）决定。对 74LS181 的说明：引出端符号： 0 ~ A A 3 0 ~ B B 3 nCI 4nCO 0 ~ F F 3 M 0 ~ S S 3 运算数输入端（低电平有效）运算器输入端（低电平有效）进位输入端进位输出端运算输出端（低电平有效）工作方式控制功能选择 2、注意事项： 1）74LS181 的输入和输出应按顺序，不能接乱或接反。 2）实验中的开关较多，实验时若记不清楚就容易因混乱而发生错误，因此对于用不到的引脚就不用接开关了。六、设计思路、电路实现与电路分析说明 1、任务分析方案选择：这个实验既可以自己设计电路，也可以参考老师所给的电路。我们选择了参考老师所给的参考电路。芯片选择与分析：根据方案的示意图，方案需要用到两片 74LS181 芯片和三片

74LS373 芯片。其中 74LS181 做数据运算器，74LS373 做数据锁存器。各芯片介绍如下： 1）74LS373：74LS373 是一个 8D 锁存器。当三态允许控制端 OE 为低电平时， O0~O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0~O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。引出端符号： D0～D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效） LE 锁存允许端 O0~O7 输出端 74LS373 管脚图 74LS373 真值表 LE H H L X OE L L L H On H L Q0 高阻态 Dn H L X X 2）74LS181：74LS181 是一个四位运算器。实验中要用多个如下图所示的异或门来实现数据的奇偶校验。

74LS181 管脚图 2、设计思路 1）将两片 74LS181 通过 373 连在一起，通过 373 的锁存功能实现八位运算 2）溢出检测的设计：无符号：无符号运算中，若最高位存在进位，则表示有溢出，否则则表示无溢出，所以只需直接将最高进位位（即 Cn+4）与灯相接，高电位表示有溢出，低电位表示无溢出（电路图略）有符号：根据运算过程中最高数据位的进位与符号位的进位位是否一致进行检测，设运算过程中最高数据位的进位产生的进位信号为 Cd，符号位产生的进位信号为 Cf，当参加运算的两数均为正数时，则 Cf = 0 且符号位之

和为 Sf = 0，此时若 Cd = 1，则导致运算结果的符号位与参加运算的数的符号位不同，会发生溢出；当参加运算的两数为负数，则 Cf = 1，且之和为 Sf = 0，此时只有 Cd = 1 才能使 Sf = 1，运算结果的符号位才与参加运算的符号相同，若 Cd = 0，则 Sf = 0 导致运算结果的符号位与参与运算的数的符号位即可进行溢出检测。不同，也会发生溢出。综上所述，利用公式 CV  d C f 但上述方案在已有条件下难以实现，经老师建议，改为根据操作数和运算结果的符号是否一致进行溢出检测。设 fX ， fY 为参加运算数的符号位， fS 为结果的符号位，V 为溢出标志符，当V 取 1 时表示发生一处。基于该方法的公式为： V  SYX f f  f SYX f f f 3、电路实现与详细分析说明 1) 74LS181 模块：第一个 cn 接开关，第一个的 cn+4 接第二个的 cn；第二个 181 的 cn+4 接入溢出检测模块；连个的 M 接在一起，接到开关上；S3 至 S0 依次接到控制开关上；A0 至 A3 分别依次接到两个 373 的输出端 Q 上；B0 至 B3 分别依次和开关相连；F3 至 F0 分别依次接到 373 的输入端 D，同时接到指示灯上。 74LS181 在实验中的电路连接 2）74LS373：373（U1）的 8D 至 1D 依次接到两个 181 的 F3 至 F0 上；U2 和 U3 的 8Q 至 5Q 依次接到 181 的 A0 至 A3 上；373（U1)的 8Q 至 1Q 依次接到两个 373 的输入端 D 上； 74LS373（U2、U3）中的电路连接

3）溢出检测模块：运算数的符号位与求反后的运算结果符号位相与，与运算数符号位求反并与运算结果符号位相与的结果求或，结果输出至溢出检测灯。溢出检测部分的电路连接总电路图：

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