实验报告 、实验名称 运算器实验—算术逻辑运算实验 、实验目的 1、了解运算器的组成原理。 2、掌握运算器的工作原理。 3、掌握简单运算器的数据传送通路。 4、验证运算功能发生器( 74LS181)的组合功能 三、实验设备 TDN-CM++ 计算机组成原理教学实验系统一套，导线若干四、实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图1-1 所示。其中两片74LSl81以串行方式构成8 位字长的ALU，ALU 的输出经过一个三态门(74LS245)和数据总线相连。三态门由ALU-R 控制，控制运算器运算的结果能否送往总线，低电平有效。为实现双操作数的运算，ALU 的两个数据输入端分别由二个锁存器DR1、DR2 (由74LS273实现)锁存数据。要将数据总线上的数据锁存到DRl、DR2 中，锁存器的控制端LDDR1 和DDR2必须为高电平，同时由T4 脉冲到来。 数据开关“( INPUT DEVICE")用来给出参与运算的数据，经过三态 (74LS245) 后送入数据总线，三态门由SW—B控制，低电平有效。数据显示灯“( BUS UNIT") 已和数据总线相连，用来显示数据总线上的内容。 图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4 为脉冲信号外，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“W／R UNIT ”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W ／R UNIT"的T4接至“ STATE UNIT ”的微动开关KK2 的输入端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 ALU 运算所需的电平控制信号S3、S2、S1、S0 、Cn、M、LDDRl、 LDDR2 、ALU-B 、SW-B均由“ SWITCH UNIT ”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU —B、SW 一 B 为低电平有效LDDR1 、LDDR2 为高电平有效。 对单总线数据通路，需要分时共享总线，每一时刻只能由一组数据送往总线。
3.2 算术逻辑运算部件 1位全加器 n 位并行加法器 ALU 单元 乘、除 法器 运算器 3.2.1 加法单元 若：+1101，+1111 两数相加，且分别放入A 、B 两个寄存器。 0 0 1 1 0 1 （补码、双符号位表示） +） 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 第3位：输入量： Ai(1),Bi(1), C ｉ-1(1) 本位进位 C ｉ ∑ｉ C ｉ-1 A ｉ B ｉ 低位进位 本位操作数 输入、输出量之间的关系式： Σi =（A B i C i-1 (1) C i = A i B i A B i ）C i-1 (2) 根据上式，得出一位全加器的逻辑电路图： 根据（1）式得： 如果三个输人中1的个数为奇数，则本位和为1，否则为0。 根据（2）式得： 当本位的两个输入A i 、B i 均为1时，不管低位有无进位C i-1传来，都必然产生进位C i ；若C i-1为1，只要A i 、B i 中有一个为1，也必然产生进位。 i-1 i-1 i i i i （a ） （b ） 进位链 选择逻 辑控制 移位器 寄存器组 选择器
3.3.1 2并行加法器与进位逻辑结构 一、串行加法器 1.定义：如果每步只求一位和，将n 位加分成n 步实现，这样的加法器称为串行 加法器。 2.组成： 1 个一位全加器 1个移位寄存器：从低到高串行提供操作数相加； 1个寄存器 1个触发器 3.特点：结构简单，速度极慢。 二、并行加法器 1.定义：如果用n 位全加器一步实现n 位相加，即n 位同步相加，这样的加法器称为并行加法器。 2.组成： n 位加法器 并行加法器 串行进位链 进位链 并行进位链 根据（指C i-1 ）输入量提供时间的不同，将进位链分为带串行进位链的并行加法器，带并行进位链的并行加法器。 加法器的运算速度不仅与全加器的运算速度有关，更主要的因素是取决于进位传递速度。 3.进位信号的基本逻辑： C i = A i B i +（A i ）C i-1 令Gi= A i B i 进位产生函数 Pi = A i ，进位传递函数 4.串行进位链 (1)定义：各级进位信号直接依赖于低一级的进位信号 (2)关系式： C 1 = G 1 + P 1C 0 C 2 = G 2 + P 2C 1 C 3 = G 3 + P 3C 2 。。。。。。。。。 C n = G n + P n C n-1 (3)结构图：
16 位算术逻辑运算实验 一、实验内容 1、实验原理 实验中所用16位运算器数据通路如图3－3所示。其中运算器由四片74LS181以并/串形成16位字长的ALU构成。低8位运算器的输出经过一个三态门74LS245（U33）到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0～D7插座BUS1～6中的任一个相连，低8位数据总线通过LZD0～LZD7显示灯显示；高8位运算器的输出经过一个三态门74LS245（U33`）到ALUO1`插座，实验时用8芯排线和高8位数据总线BUSD8～D15插座KBUS1或KBUS2相连，高8位数据总线通过LZD8～LZD15显示灯显示；参与运算的四个数据输入端分别由四个锁存器74LS273（U29、U30、U29`、U30、）锁存，实验时四个锁存器的输入并联后用8芯排线连至外部数据总线EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一个；参与运算的数据源来自于8位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门74LS245（U51）直接连至外部数据总线EXD0～EXD7，输入的数据通过LD0～LD7显示。
本实验用到6个主要模块：⑴低8位运算器模块，⑵数据输入并显示模块，⑶数据总线显示模块，⑷功能开关模块（借用微地址输入模块），⑸高8位运算器模块，⑹高8位（扩展）数据总线显示模块。根据实验原理详细接线如下（接线⑴～⑸同实验一）： ⑴ALUBUS连EXJ3； ⑵ALUO1连BUS1； ⑶SJ2连UJ2； ⑷跳线器J23上T4连SD； ⑸LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB四个跳线器拨在左边（手动方式）； ⑹AR跳线器拨在左边，同时开关AR拨在"1"电平； ⑺ALUBUS`连EXJ2；
燕山大学 EDA课程设计报告书题目：算术逻辑逻辑单元ALU 姓名： 班级： 学号： 成绩：
一、设计题目及要求 题目名称：算术运算单元ALU 要求： 1．进行两个四位二进制数的运算； 2．算术运算：A+B, A-B, A×B； 3．逻辑运算：A and B, A or B, A not, A xor B； 4. 用数码管显示算术运算结果，以LED指示灯显示逻辑运算结果。 二、设计过程及内容 1.整体设计思路 (1）根据设计要求将题目划分为五个模块。包括两个逻辑运算模块，两个算术运算模块，和一个控制模块。其中逻辑运算模块为A and B和A or B，A not和A xor B；算术模块为A±B，A×B。 （2）因为需要进行四位二进制数的运算，因此用A3,A2,A1,A0表示四位二进制数A，用B3,B2,B1,B0表示四位二进制数B，用C4,C3,C2,C1表示四位二进制数C。其中A，B为输入，C为输出。
2．分模块设计 （1）A+B和A-B模块（李佳乐负责） A+B可以直接通过74283 两个四位二进制数加法器实现。A-B可以看作A+（-B），即A加B的补码来实现。同时再设计一个转换控制端M。M=0时实现A+B，M=1时实现A-B。最后再设计一个总的控制端K1，K1=1时模块正常工作，K1=0时不工作。做加法时，C0为进位输出，C0输出1表示有进位，做减法时，C0为借位输出，C0输出1表示有借位。通过74283五位输出，进入译码器将五位变成八位输出，在通过数码管显示。 A+B，A-B总原理图如下：
A+B，A-B分原理图如下：
译码器原理图如下： 扫描电路原理图如下：
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机科学与技术专业：计算机科学与技术年级： 09级 姓名：张文绮学号： 091150022 实验课程：计算机组成原理 实验室号：___田405 实验设备号： 43 实验时间：2010.12.19 指导教师签字：成绩： 实验一算术逻辑运算实验 1．实验目的和要求 1. 熟悉简单运算器的数据传送通路； 2. 验证4位运算功能发生器功能(74LS181)的组合功能。 2．实验原理 实验中所用到的运算器数据通路如图1-1所示。其中运算器由两片74181
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(74245)和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器(74373)锁存，锁存器的输入连接至数据总线，数据开关INPUT DEVICE用来给出参与运算的数据，并经过一个三态门(74245)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。 图1-2中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4为脉冲信号，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至W/R UNIT的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将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，而S3，S2，S1，S0，Cn，LDDR1，LDDR2，ALU-B，SW-B各电平控制信号用SWITCH UNIT中的二进制数据开关来模拟，其中Cn，ALU-B，SW-B为低电平控制有效，LDDR1，LDDR2为高电平有效。 3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境） ZYE1603B计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 4．操作方法与实验步骤
实验一8位算术逻辑运算实验 一、实验目的 1、掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。 2、掌握简单运算器的数据传送通路组成原理。 3、验证算术逻辑运算功能发生器74LSl8l的组合功能。 4、按给定数据，完成实验指导书中的算术／逻辑运算。 二、实验内容 1、实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图1.1所示。其中运算器由两片74LS181以并／串形成8位字长的ALU构成。运算器的输出经过一个三态门74LS245 （U33）到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0~D7插座BUSl~6中的任一个相连，内部数据总线通过LZDO～LZD7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS，实验时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0~D7插座EXJl～EXJ3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并KD0~KD7，并经过一三态门74LS245（U51）直接连至外部数据总线EXD0~EXD7，通过数据开关输入的数据由LD0~LD7显示。 图1.1中算术逻辑运算功能发生器74LS18l（U3l、U32）的功能控制信号S3、S2、Sl、S0、CN、M并行相连后连至SJ2插座，实验时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2，以手动方式用二进制开关S3、S2、S1、S0、CN、M来模拟74LSl8l （U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号LDDRl、LDDR2、ALUB’、SWB’以手动方式用二进制开关LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB 来模拟，这几个信号有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB’、SWB’为低电平有效，LDDRl、LDDR2为高电平有效。 另有信号T4为脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。 2、实验接线
. '. 计算机专业类课程 实验报告 课程名称：计算机组成原理 学 院：信息与软件工程学院 专 业：软件工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2012 年 12 月 15 日
电子科技大学 实验报告 一、实验名称：8位算术逻辑运算实验 二、实验学时：2 三、实验内容、目的和实验原理： 实验目的： 1.掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。 2.掌握模型机运算器的数据传送通路组成原理。 3.验证74LS181的组合功能。 4.按给定数据，完成实验指导书中的算术／逻辑运算。 实验内容： 使用模型机运算器，置入两个数据DR1=35，DR2=48，改变运算器的功能设定，观察运算器的输出，记录到实验表格中，将实验结果对比分析，得出结论。 实验原理： 1.运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。
. '. 2.运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连。 3.运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存。 4.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。 5.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。 实验器材（设备、元器件）：模型机运算器 四、实验步骤： 1. 仔细查看试验箱，按以下步骤连线 1）ALUBUS连EXJ3 2) ALU01连BUS1 3) SJ2连UJ2 4) 跳线器J23上T4连SD 5) LDDR1,LDDR2,ALUB,SWB四个跳线器拨在左边 6) AR跳线器拨在左边，同时开关AR拨在“1”电平 2. 核对线路，核对正确后接通电源 3. 用二进制数据开关KD0-KD7向DR1和DR2寄存器置入8位运算数据。
算术逻辑运算器 一．实验目的与要求 试验目的：1、掌握算术运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。 2、掌握简单运算器的数据传送通道。 3、验算由74LS181等组合逻辑电路组成的运算功能发生器运算功能。 4、能够按给定数据，完成实验指定的算术／逻辑运算。 试验要求：按练习的要求输入数据和完成相应的操作，将实验结果填入表格二．实验方案 1、按实验连线图接好线，仔细检查正确与否，无误后才接通电源。 2、用二进制数据开关分别向DR1寄存器和DR2寄存器置数。 3、通过总线输出DR1寄存器和DR2寄存器的内容。 4、比较实验结果和理论值是否一致，如果不一致，就分析原因，然后重做。 三．实验结果 练习一表1.1.2 练习二表1.1.3
1.实验结果分析 ●实验结果和理论值一致，讲明实验操作过程正确，实验结果准确无误。 2.结论 ●要有理论基础才可以做好实验的每一步，所以，平时一定要学好理论知识。 3.问题与讨论 我们这个小组，在做第二个实验时就遇到了很多问题，就是我们我无论输入什么显示灯都不变，然后我们就互相讨论，但是还是没办法解决，后来问了老师才知道我们插错线。 4.实验总结 （1）以前没有做过这种实验，所以实验前我做了充分的预习。但预习毕竟不是实际操
作，经常会在想实际情况会是什么样，在实际操作过程中我遇到了不少的困难，例如我做第二个实验时就插错线，幸好在老师的帮助下还加上自己的思考，终于把问题解决掉了。我觉得，实验前老师应该做些示范给我们看，这样我们会学得更快。 （2）在做表1.1.4的实验时，不知道怎样查出S3、S2、S1、S0、M、Cn的值，问周围的同学，他们也不知道。因为这个很重要，直接影响到后面的实验，所以请教了老师。 经过老师的解释后，我顺利地完成了后面的实验。 5.思考题 1)写出本实验中的各控制端的作用。 答：S0 S1 S2 S3（它们共同决定运算器执行哪一种运算）M(决定是算术运算还是逻辑运算). CN(表示有无进位) SW-B(输入三态门控制“INPUT DEVICE”中的八位数据开关D7-D0的数据是否送到数据总线BUS上) ALU-B（输出三态门，控制运算器的运算结果是否送到数据总线BUS）LDDR1 LDDR2 （寄存器，寄存数据） 2)在实验中哪些控制端高电平有效，哪些低电平有效? 答：高电平有效（LDDR1 LDDR2）低电平有效（CN ALU-B SW-B） 3)在实验正常的输入和输出操作中，SW-B和ALU-B为什么不能同时为0的状态? 答：ALU-B SW-B都是低电平有效，如果同时为低电平，这将导致数据一边输入一边输出。 4)DR1置数完成后，为什么要关闭控制端LDDR1? 答：不关闭的话将导致第二次输入的数据存入DR1中，覆盖之前的数据 DR2置数完成后，为什么要关闭控制端LDDR2? 答：不关闭的话，下此操作后的数据将会存入DR2中，覆盖之前的数据 5)在练习三的表1.1.4中，要求每一次的运算结果都要存入DR2寄存器，解释该存入操作 中为什么不用SW-B置“0”和ALU-B置“1” 答：因为这时候的数据已经是存在控制器中，不必要再输入，所以不必那样做。 6)“A+B”和”A加B”这两种运算有什么不同，查找表1.1.1，分别写出这两种运算中S3、 S2、S1、S0、M、CN各控制端的状态。 答：A+B表示逻辑加11101* A加B表示算术加100101 7)CN是进位控制端，在逻辑运算和算术运算中，它与哪种运算有关？ 答：算术运算 8)做减法操作DR1减DR2时，与进位CN是否有关？如有关CN是0还是1？ 答：有关，因为这是算术减。与0有关 进位控制运算器 1.实验目的与要求 试验目的： 1）、验证带进位控制的算术运算发生器的功能。 2）、按给定的数据完成几种指定的算术运算。 二、实验要求： 按练习一和练习二的要求输入数据和完成相应的操作，将实验结果填入表1.2.2和1.2.3. 三. 实验方案
实验三16位算术逻辑运算实验 一、实验目的 1、掌握16位运算器的数据传送通路组成原理。 2、进一步验证算术逻辑运算功能发生器74LS181的组合功能。 3、按要求和给出的数据完成几种指定的算术逻辑运算。 二、实验内容 1、实验原理 16位运算器数据通路如图2-1所示，其中运算器由四片74LS181以并/串形成16位字长的ALU构成。低8位运算器的输出经过一个三态门74LS245（U33）到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0～D7插座BUS1～6中的任一个相连，低8位数据总线通过LZD0～LZD7显示灯显示；高8位运算器的输出经过一个三态门74LS245（U33`）到ALUO1`插座，实验时用8芯排线和高8位数据总线BUSD8～D15插座KBUS1或KBUS2相连，高8位数据总线通过LZD8～LZD15显示灯显示；参与运算的四个数据输入端分别由四个锁存器74LS273（U29、U30、U29`、U30、）锁存，实验时四个锁存器的输入并联后用8芯排线连至外部数据总线EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一个；参与运算的数据源来自于8位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门74LS245（U51）直接连至外部数据总线EXD0～EXD7，输入的数据通过LD0～LD7显示。 2、实验接线 本实验需用到6个主要模块： ①低8位运算器模块；②数据输入并显示模块；③数据总线显示模块； ④功能开关模块（借用微地址输入模块）；⑤高8位运算器模；， ⑥高8位（扩展）数据总线显示模块。 根据实验原理详细接线如下（接线①～⑤同实验一）： ①ALUBUS连EXJ3； ②ALUO1连BUS1； ③SJ2连UJ2； ④跳线器J23上T4连SD； ⑤LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB四个跳线器拨至左侧（手动方式）； ⑥AR跳线器拨至左侧，同时开关AR拨至“1”电平； ⑦ALUBUS`连EXJ2； ⑧ALUO1`连KBUS1；
EDA技术与应用 实验报告 实验名称：ALU(算术逻辑运算单元)的设计 姓名： 学号： 班级：通信 时间：2013 南京理工大学紫金学院电光系
一、实验目的 1、学习包集和元件例化语句的使用。 2、学习ALU电路的设计。 二、实验原理 1、ALU原理 ALU的电路原理图如图1 所示，主要由算术运算单元、逻辑单元、选择单元构成。 图1 ALU功能表如表1 所示。 表1 2、元件、包集 在结构体的层次化设计中,采用结构描述方法就是通过调用库中的元件或者已经设计好的模块来完成相应的设计。在这种结构体中，功能描述就像网表一样来表示模块和模块之间的互联。如ALU 是由算术单元、逻辑单元、多路复用器互相连接而构成。而以上三个模块是由相应的VHDL 代码产生的，在VHDL 输入方式下，如果要将三个模块连接起来，就要用到元件例化语句。
元件例化语句分为元件声明和元件例化。 （1）元件声明 在VHDL 代码中要引入设计好的模块，首先要在结构体的说明部分对要引入的模块进行说明。然后使用元件例化语句引入模块。 元件声明语句格式： component 引入的元件（或模块）名 port( 端口说明); end component; 注意：元件说明语句要放在“architecture”和“begin”之间。 （2）元件例化语句 为将引入的元件正确地嵌入到高一层的结构体描述中，就必须将被引用的元件端口信号与结构体相应端口信号正确地连接起来，元件例化语句可以实现该功能。 元件例化语句格式： 标号名：元件名（模块名） port map（端口映射）； 标号名是元件例化语句的唯一标识，且结构体中的标识必须是唯一的；端口映射分为：位置映射、名称映射。 位置映射指 port map 中实际信号的书写顺序与component 中端口说明中的信号书写顺序一致，位置映射对书写顺序要求很严格，不能颠倒；名称映射指port map 中将引用的元件的端口信号名称赋予结构体中要使用元件的各个信号，名称映射的书写顺序要求不严格，顺序可以颠倒。 （3）包集 在实体及结构体中定义的对象、数据类型，对另外代码的实体是不能使用的。但是在同一工程的不同VHDL 文件中，有些对象、数据类型、子程序等常常被重复使用。为方便VHDL 代码的编写，简化电路设计，故引入包集。包集也称为程序包。 包集主要由两部分组成：程序包说明和程序包体。其中，程序包体是可选的，一般程序包说明列出所有项的名称，而程序包体给出各项的细节。 程序包说明中包含的内容很多，只要是通用的全局量，都可以在程序包中加以说明。主要内容如下： 对象（常量、变量、信号）的数据类型说明。 对象（常量、变量、信号）子类型的数值范围说明。 函数与过程说明。 元件语句说明。 程序包说明的书写格式如下： package 程序包名 is 说明语句； end 程序包名； 程序包名：设计者自定义便于记忆的标识符。说明语句：包括各种类型的说明语句。
计算机组成原理实验报告 一、实验1 Quartus Ⅱ的使用 一．实验目的 掌握Quartus Ⅱ的基本使用方法。 了解74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。 利用Quartus Ⅱ验证74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。 二．实验任务 熟悉Quartus Ⅱ中的管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。 新建项目，利用原理编辑方式输入74138、74244、74273的功能特性，依照其功能表分别进行仿真，验证这三种期间的功能。 三．74138、74244、74273的原理图与仿真图 1.74138的原理图与仿真图 74244的原理图与仿真图
1. 4.74273的原理图与仿真图、
实验2 运算器组成实验 一、实验目的 1.掌握算术逻辑运算单元（ALU）的工作原理。 2.熟悉简单运算器的数据传送通路。 3.验证4位运算器（74181）的组合功能。 4.按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。 二、实验电路 附录中的图示出了本实验所用的运算器数据通路图。8位字长的ALU由2片74181构成。2片74273构成两个操作数寄存器DR1和DR2，用来保存参与运算的数据。DR1接ALU的A数据输入端口，DR2接ALU的B数据输入端口，ALU的数据输出通过三态门74244发送到数据总线BUS7-BUS0上。参与运算的数据可通过一个三态门74244输入到数据总线上，并可送到DR1或DR2暂存。 图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号。除了T4是脉冲信号外，其他均为电位信号。nC0，nALU-BUS，nSW-BUS均为低电平有效。 三、实验任务 按所示实验电路，输入原理图，建立.bdf文件。 四.实验原理图及仿真图 给DR1存入01010101，给DR2存入10101010，然后利用ALU的直通功能，检查DR1、
16位算术逻辑运算实验 、实验内容 1、实验原理 实验中所用16位运算器数据通路如图3-3所示。其中运算器由四片74LS181以并/串形成16位字长的ALU构成。低8位运算器的输出经过一个三态门74LS245( U33)到ALUO1插座，实验时用8芯 排线和内部数据总线BUSDO?D7插座BUS1?6中的任一个相连，低 8位数据总线通过LZD0?LZD7显示灯显示；高8位运算器的输出经 过一个三态门74LS245 ( U33')到ALUO1'插座，实验时用8芯排线 和高8位数据总线BUSD8?D15插座KBUS1或KBUS2相连，高8 位数据总线通过LZD8?LZD15显示灯显示；参与运算的四个数据输入端分别由四个锁存器74LS273( U29、U30、U29'、U30、)锁存，实 验时四个锁存器的输入并联后用8芯排线连至外部数据总线EXDO D7插座EXJ1?EXJ3中的任一个；参与运算的数据源来自于8位数 据开并KD0?KD7，并经过一三态门74LS245 (U51)直接连至外部 数据总线EXD0?EXD7，输入的数据通过LD0?LD7显示。
输入模块），⑸高8位运算器模块，⑹高8位（扩展）数据总线显示 模块。根据实验原理详细接线如下（接线⑴?⑸同实验一） ALUBUS 连 EXJ3; ALUO1 连 BUS1; SJ2连 UJ2; 跳线器J23上T4连SD ; LDDR1、LDDR2、ALUB 、SWB 四个跳线器拨在左边 （手动方式）； ⑹ AR 跳线器拨在左边，同时开关 AR 拨在"1"电平; 2、实验接线 I- UUCF rN7L-H-3 一 i w 讥弟-丄= …… Bpkb w-1 Sr. iL 軋. 吧 n “H ■■ : U X ““期扣甫 LU ^ — —^1 ■ B ■ H- I ■ J I ■E; K Kppn L Kr 本实验用到6个主要模块: ⑴低8位运算器模块，⑵数据输 入并显示模块，⑶数据总线显示模块, ⑷功能开关模块（借用微地址 竺誥壬 巨
西华大学数学与计算机学院实验报告 课程名称：计算机组成原理年级：2011级实验成绩： 指导教师：祝昌宇姓名：蒋俊 实验名称：算术逻辑运算单元实验学号：312011*********实验日期：2013-12-15 一、目的 1. 掌握简单运算器的数据传输方式 2. 掌握74LS181的功能和应用 二、实验原理 （1）ALU单元实验构成 1、结构试验箱上的算术逻辑运算单元上的运算器是由运算器由2片74LS181构成8字长的ALU 单元。 2、2片74LS373作为2个数据锁存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-OUT作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。 3、运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制，8芯插座ALU-OUT作为数据输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。 （2）ALU单元的工作原理 数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并且D1CK有上升沿时，把来自数据总线上的数据打入锁存器DR1。同样，使EDR2为低电平，并且D2CK有上升沿时，把来自数据总线上的数据打入锁存器DR2。 算术逻辑运算单元的核心是由2片74LS181构成，它可以进行2个8位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（S0、S1、S2、S3、M、CN）。当实验者正确设置了74LS181的各个控制信号，74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2内的数据。由于DR1、DR2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74LS244，当控制信号ALU-O为低电平时，74LS244导通，把74LS181的运算结果输出到数据总线；ALU-O为高电平时，74LS244的输出为高阻。
计算机组成原理实验指导书 李翠玉主编 沈阳工业大学 2010年8月
前言 计算机组成原理是计算机科学与技术及相关专业的一门专业基础课，是工程性、技术性和实践性都非常强的一门课程，不仅在开展理论教学中讲授计算机的基本组成与工作原理的基础知识的同时，还要重视实践教学环节以训练学生一定的硬件实践动手能力。 计算机组成原理实验是利用中大规模集成电路等器件，对组成计算机的各相关部件进行逻辑设计、连线及测试。在实验过程中，通过对各部件的实现原理进行逻辑设计，经过对器件的选择及连线、编译、仿真等工作后，对于设计出的各个部件进行正确性测试。 本实验实践环节在课程教学内容基础上提出基础实验和深度更广、综合性更强的设计性实验，要求学生通过基本实验验证运算器的算术逻辑运算、存储器的读写操作和寄存器、存储器、外设之间的数据传送通路等内容。在设计性实验中给出设计要求和设计思路，由学生自行设计和调试，独立完成，加深学生对计算机的组成原理和指令在计算机中运行过程的理解，学生可体验设计一个简单计算机模型的方案、通过微指令、微程序的设计实现计算机的基本功能、不断调试最终达到设计要求的全过程。课程实验环节的目的是帮助学生系统地掌握计算机中的运算器、寄存器、译码电路、存储器、和存储微指令的控制存储器等硬件组成的相关知识，实现知识融会贯通的目的。 通过实验使学生在实际操作中加深对计算机硬件组成与设计、指令的调试和运行维护等多方面的技能，同时训练一定的实验动手能力。也使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，制定了一些实验项目。 本书由李翠玉主编，由于作者水平有限，加之时间紧迫，书中难免有疏漏之处，请广大读者批评指正。 作者 2010年8月
实验二算术逻辑运算实验 一、实验目的 （1）了解运算器芯片（74LS181）的逻辑功能。 （2）掌握运算器数据的载入、读取方法，掌握运算器工作模式的设置。 （3）观察在不同工作模式下数据运算的规则。 二、实验原理 1.运算器芯片（74LS181）的逻辑功能 74LS181是一种数据宽度为4个二进制位的多功能运算器芯片，封装在壳中，封装形式如图2-3所示。 5V A1 B1 A2 B2 A3 B3 Cn4 F3 BO A0 S3 S2 S1 S0 Cn M F0 F1 F2 GND 图 2-3 74LS181封装图 主要引脚有： （1）A0—A3：第一组操作数据输入端。 （2）B0—B3：第二组操作数据输入端。 （3）F0—F3：操作结果数据输入端。 （4）F0—F3：操作功能控制端。 （5）：低端进位接收端。
（6）：高端进位输出端。 （7）M：算数/逻辑功能控制端。 芯片的逻辑功能见表2-1.从表中可以看到当控制端S0—S3为1001、M为0、 为1时，操作结果数据输出端F0—F3上的数据等于第一组操作数据输入端A0—A3上的数据加第二组操作数据输入端B0—B3上的数据。当S0—S3、M、 上控制信号电平不同时，74LS181芯片完成不同功能的逻辑运算操作或算数运算操作。在加法运算操作时，、进位信号低电平有效；减法运算操作时，、 借位信号高电平有效；而逻辑运算操作时，、进位信号无意义。 2.运算器实验逻辑电路 试验台运算器实验逻辑电路中，两片74LS181芯片构成一个长度为8位的运算器，两片74LS181分别作为第一操作数据寄存器和第二操作数据寄存器，一片74LS254作为操作结果数据输出缓冲器，逻辑结构如图2-4所示。途中算术运算操作时的进位Cy判别进位指示电路；判零Zi和零标志电路指示电路，将在实验三中使用。 第一操作数据由B-DA1(BUS TO DATA1)负脉冲控制信号送入名为DA1的第一操作数据寄存器，第二操作数据由B-DA2(BUS TO DATA2)负脉冲控制信号送入名为DA2的第二操作数据寄存器。74LS181的运算结果数据由（ALU TO BUS）低电平控制信号送总线。S0—S3、M芯片模式控制信号同时与两片74LS181的S0—S3、M端相连，保证二者以同一工作模式工作。实验电路的低端进位接收端Ci与低4位74LS181的相连，用于接收外部进位信号。低4为74LS181的与高4位74LS181的上相连，实现高、低4位之间进位信号的传递。高4位之间进位信号的传递。高4位74LS181的送进位Cy判别和进位指示电路。 表2-1 74LS181 芯片逻辑功能表
实验一算术逻辑运算实验 一．实验目的 1．了解运算器的组成结构。 2．掌握运算器的工作原理。 3．学习运算器的设计方法。 4．掌握简单运算器的数据传送通路。 5．验证运算功能发生器74LS181 的组合功能。 二．实验设备 TDN-CM+或TDN-CM++教学实验系统一套。 三．实验原理 实验中所用的运算器数据通路图如图2.6-1。图中所示的是由两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8 位字长的运算器。右方为低4 位运算芯片，左方为高4 位运算芯片。低位芯片的进位输出端Cn+4 与高位芯片的进位输入端Cn 相连，使低4 位运算产生的进位送进高4 位运算中。低位芯片的进位输入端Cn 可与外来进位相连，高位芯片的进位输出引至外部。两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表2.6-1。 为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就 被锁存进DR1 或DR2 中了。 为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。否则输出高阻态。
2 图2.6-1 运算器通路图 数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE)用以给出参与运算的数据。其中，输入开 关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时， 开关上的数据则通过三态门而送入内总线中。 总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。 控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。 由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”单元中的相应时序信号引出端，因 此，需要将“W/R UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出 端。在进行实验时，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制信号则使用“SWITCH UNIT”单元中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B 为低电平有效，LDDR1、 LDDR2 为高电平有效。 对于单总线数据通路，作实验时就要分时控制总线，即当向DR1、DR2 工作暂存器打入 数据时，数据开关三态门打开，这时应保证运算器输出三态门关闭；同样，当运算器输出结 果至总线时也应保证数据输入三态门是在关闭状态。 四．实验步骤 1．按图2.6-2 连接实验电路并检查无误。图中将用户需要连接的信号线用小圆圈标明（其 它实验相同，不再说明）。 2．开电源开关。
实验报告 实验项目：算术逻辑运算实验(试验一) 课程名称：计算机组成原理 姓名：学号同组姓名：学号：实验位置（机号）： 实验日期 实验1.掌握简单运算器的数据传送通路 目的2.验证运算器功能发生器（74LS181）的组合功能 3.验证带进为控制的算术运算器功能发生器（74LS181）的功能 4.按指定的数据完成几种制定的算术运算 5.验证移位控制的组合功能 实验YY-Z02计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。设备 实验 内容1.实验原理 （算 运算器实验原理图 法、 程 T4______ ALU-B 序、
_____ _____ 进位CyCn 步骤 299-B 判零_____ M 74LS2 电路CyNCn 和方 S0 99 ALU S1 法） (74LS181) S2 S3 _____I/O-RINPUT Ai =“0”B-DA1DA1 (74LS273)DA2
(74LS273)B-DA2 实验中所用的运算器数据通路图如图1-1所示，算术逻辑实验接线图如图1-2所示。图中所示的是由两片段74LS181芯片以并/串形式构成的8位字长的运算器。右方为低压4位运算芯片，左方为高4位运算芯片。低位芯片的进位输出端C（n+4）与高芯片的进位输入端CN相连，高位芯片的进位输出引至外部。两个芯片的控制端S0~S3和M各自相连。 2.实验步骤 1)算数逻辑运算 i.输入单元置数一 ii.设置I/O-R# = 0 iii.ALU-B# =1 iv.B-DA1 _|￣|_将输入单元的输入数据存入DA1中 v.输入单元置数据二 vi.B-DA2 _|￣|_将数据存入DA2中 vii.设置S 3 -------S 0、M、Cn根据要求按照定义操作设置完成运算viii. ix. x.I/O-R# = 1 ALU-B = 0运算结果送总线 IO-W￣|＿|￣总线数据送显示单元显示 数据1.算数逻辑运算
大连理工大学城市学院 FPGA实验报告 实验内容：8位ALU 系别班级：电子1004班 学号： 姓名： 日期：2013.4.14
一．设计概述： 一种基于可编程逻辑器件FPGA和硬件描述语言的8位的ALU的设计方法。该ALU采用层次设计方法，有寄存器模块、控制模块和显示模块组成，能实现8位无符号数的取值、加减和4种逻辑运算（与、或、异或、同或）。该ALU在QuartusII软件环境下进行功能仿真，通过DE2验证。 二．设计功能： 1、该处理器的数据宽度为8bit，可以实现算术加法、减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非、逻辑或非和逻辑异或等8种运算。 2、用选择端opcode [2:0] 选择8种运算，2个操作数分别是a_r [7:0]和b_r[7:0]，运算结果是alu_out[7:0]；并定义选择如下。 3、使用DE2板上的3个拨码开关设置当前ALU的运算功能，再由8个拨码开关给定数据A和数据B，由一个按键key手动提供脉冲。 三．设计方案： 本设计共有5个模块。 1）脉冲输出器（key手动脉冲），计数依次产生4个脉冲到各个部件，第一个脉冲启动信号。 2）寄存器A，第二个脉冲来时锁存数据A，并在数码管上显示。 3）寄存器B，第三个脉冲来时锁存数据B，并在数码管上显示。 4）8位ALU，第四个脉冲来时进行运算，并锁存结果alu_out。 5）结果显示器，将结果显示通过DE2上的数码管显示。 四．程序分析： 主程序模块: module alu8(clk,clk_r,rst,a,b,alu_out,opcode,sw_ab,HEX1, HEX0, HEX7, HEX6, HEX5, HEX4); input clk,rst,clk_r; input [7:0] sw_ab; input [2:0] opcode; output [6:0] HEX1, HEX0, HEX7, HEX6, HEX5, HEX4;
计算机原理与设计 实验报告 实验一算术逻辑单元ALU 姓名： XXX 学号： 20XX551728 班级： 13级软件工程2班 实验日期： 20XX年 10 月22 日
一．实验目的 1．理解算术逻辑单元ALU的工作原理。 2．掌握算术逻辑单元ALU的设计方法。 3．验证32位算术逻辑单元ALU的加、减、与、移位功能。 4．按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。 二．实验内容 算术逻辑单元ALU的设计如图1-1所示。其中运算器addsub32能实现32位的加减运算。参加运算的两个32位数据分别为A[31..0]和B[31..0]，运算模式由aluc[3..0]的16种组合决定，而aluc[3..0]的值由4位2进制计数器LPM_COUNTER产生，计数时钟是Sclk（图1-1）；r[31..0]为输出结果，Z为运算后的零标志位。ALU功能如表1-1所示。 表1-1 ALU的运算功能 注1、* 表示每一位都移至下一更高有效位, “+”是逻辑或，“加”是算术加
三．实验步骤 （1）设计ALU元件 ALU元件设计代码： module alu (a,b,aluc,r,z); input [31:0] a,b; input [3:0] aluc; output [31:0] r; output z; assign r = cal(a,b,aluc); assign z = ~|r; function [31:0] cal; input [31:0] a,b; input [3:0] aluc; casex (aluc) 4'bx000: cal=a+b; 4'bx100: cal=a-b; 4'bx001: cal=a&b; 4'bx101: cal=a|b; 4'bx010: cal=a^b; 4'bx110: cal={b[15:0],16'h0}; 4'bx011: cal=b<
实验二带进位控制8位算术逻辑运算实验 一、实验目的 1、验证带进位控制的算术逻辑运算发生器的功能。 2、按指定数据完成几种指定的算术运算。 二、实验内容 1、实验原理 带进位控制运算器的实验原理如图所示，在实验（1）的基础上增加进位控制部分，其中高位74LS181（U31）的进位CN4通过门UN4E、UN2C、UN3B 进入UN5B的输入端D，其写入脉冲由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。AR是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验。从图中可以看出，AR必须为“0’’电平，D型触发器74LS74（UN5B）的时钟端CLK才有脉冲信号输入。才可以将本次运算的进位结果CY锁存到进位锁存器74LS74(UN5B)中。 2、实验接线 实验连线(1)～(5)同实验～，洋细如下： （1）ALUBUS~连ExJ3； （2）ALUO1连BUSl； （3）SJ2连UJ2； （4）跳线器J23上T4连SD； （5）LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB四个跳线器拨在左边（手动方式)；（6）AR、299B跳线器拨在左边，同时开关AR拨在“0’’电平，开关299B拨在“1”电平； （7）J25跳线器拨在右边。 3、实验步骤 （1）仔细查线无误后，接通电源。 （2）用二进制数码开关KDO～KD7向DRl和DR2 寄存器置数，方法：关闭ALU输出三态门ALUB=1，开启输入三态门SWB=0，输入脉冲T4按手动脉冲
发生按钮产生。如果选择参与操作的两个数据分别为55H 、AAH ，将这两个数存入DR1和DR2的具体操作步骤如下： （3）开关ALUB=0，开启输出三态门，开关SWB=1，关闭输入三态门，同时让 LDDR1=0，LDDR2=0。 （4）如果原来有进位，CY=1，进位灯亮，但需要清零进位标志时，具体操作方 法如下： ◆ S3、S2、S1、S0、M 的状态置为0 0 0 0 0，AR 信号置为“0”电平 （清零操作时DRl 寄存器中的数应不等于FF ）。 ◆ 按动手动脉冲发生开关，CY=0，即清进位标志。 注：进位标志指示灯CY 亮时表示进位标志为“1”，有进位；进位标志指示灯CY 灭时，表示进位位为“0”，无进位。 （5）验证带进位运算及进位锁存功能 这里有两种情况： ● 进位标志已清零，即CY=0，进位灯灭。 ? 使开关CN=0，再来进行带进位算术运算。例如步骤（2）参与运算的两 个数为55H 和AAH ，当S3、S2、S1、S0状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl 加DR2再加初始进位位“1” （因CN=0），相加的结果应为ALU=00，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。 ? 使开关CN=1，当S3、S2、S1、S0状态为10010，则相加的结累ALU=FF ， 并且不产生进位。