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西安财经学院 信息学院
《计算机组成原理》 实验报告
姓名
学号 19
班级 计本1004班
年级 10级
指导教师 魏晋雁
实验名称 运算器实验、通用寄存器实验、移位寄存器实验
实验室 实验楼 418 实验日期 2011/11/29 2011/12/2、2011/12/6
实验一运算器实验
?、实验目的
1?掌握简单运算器的数据传输方式。
2.验证运算功能发生器（74LS181 ）及进位控制的组合功能。
、实验要求
完成不带进位和带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑单元的运用。
三、实验原理
实验中所用的运算器数据通路如下图所示，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 （73LS245）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两个锁存器（74LS273 ）锁存，锁
存器的输入亦以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。
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I 二
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DR2(273> ch
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图1-1-1运算器原理图
图中T2、T4为时序电路产生的节拍脉冲信号，通过连接时序启停单元时钟信号
”来获得，剩余均为电平控制信号。进行实验时，首先按动位于本实验装置右中
侧的复位按钮使系统进入初始待令状态，在 LED显示器闪动位出现“ P ?”状态下，按
动【增址】命令键使 LED显示器自左向右第 4位切换到提示符“ L”，表示本装置已进 入手动单元实验状态， 在该状下按动 【单步】命令键，即可获得实验所需的单脉冲信号， 而 LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B、S3、S2、S1、SO、CN、M 各电平控制信号用 位于LED显示器上方的26进位二进制开关来模拟，均为高电平有效。
四、实验连线
8.8.ALU 299单次脉;I-II-II-回T1 T2 T3 T4TLH-TLDR1S3 S2
8.8.
ALU 299
单次脉;
I-II-II-
回
T1 T2 T3 T4
TLH-TL
DR1
S3 S2 SI SO M CN 口R
0*0 0?0 00 0^0 * oo
O序停
G1时启
图1-1-2实验连线示意图
按上图所示，连接实验电路:
①总线接口连接：用8芯片平线连接图中所有标明
①总线接口连接：用
8芯片平线连接图中所有标明
L_”或“L_”图案的总线接
口。
②按制线与时钟信号“匚一LJL”连接：用双头实验导线连接图中所有标明“ ”或
“。”图案的插孔。
五、实验内容及结果分析
实验内容：
（一）算术运算实验
⑴写操作（置数操作）
拨动二进制数据开关向 DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下:
数据开关
三态门
寄存黠DRi
P
数据开关 （1010011C
P
寄存器D曲
~CEA=000
"lddri^l ~
~LDDR1=O _
CE^O
LDDB2=0
LDDR2=1
SM=1
按单步键
按单步键
注：【单步】键的功能是启动时序电路产生 T1~T4四拍单周期脉冲
⑵ 读操作（运算寄存器内容送总线）
首先关闭数据输入三态控制端 （SW-B=O），存储器控制端 CE保持为0,令
LDDR仁0、LDDR2=0，然后打开 ALU 输出三态门（CBA=010），置 M、SO、S1、S2、
S3为11111，再按【单步】键，数据总线单元显示 DR1的内容，若把 M、S0、S1、
S2、S3置为10101，再按【单步】键，数据总线单元显示 DR2的内容。
⑶算术运算（不带进位加）
置CBA=010 , CN、M、SO、S1、S2、S3状态为101001，按【单步】键，此时 数据总线单元应显示(0CH )。
(二)进位控制实验
进位控制运算器的实验原理如实验四图 2-4-1 所示，其中 181的进位位进入
74LS74锁存器D端，该端的状态锁存受 AR和T4信号控制，其中 AR为进位位允许 信号，高电平有效；T4为时序脉冲信号，当 AR=1时在T4节拍将本次运算的进位结 果锁存到进位锁存器中，实现带进位控制实验。
进位位清零操作
在L”状态下，按动【复位】按钮，进位标志灯 CY灭”，实现对进位位的清零操作。(当
进位标志灯亮”时，表示CY=1 )。
用二进制数据开关向 DR1和DR2寄存器置数
首先关闭 ALU输出三态门(CBA=000) 、CE=0，开启输入三态门 (SW-B=1)，
设置数据开关，向 DR1存55H) ，向DR2存入(AAH)。操作步骤如下：
数据开共 ?L01010E
k>
三臺门
寺存器DKl (ciioiaioi)
数据幵关 cioiaioio)
◎
寄存器UR2
ruim-i ■
~LDDR1=O "
CE=a
LDP整弋
5W-0=1
按单步键-
■按单母電
注：【单步】键的功能是启动时序电路产生 T1~T4四拍单周期脉冲 _ _
⑶验证带进位运算的进位锁存功能
关闭数据输入三态门 (SW-B=0) 、CE=0，使 CBA=010 , AR=1，置 CN、M、S0、
S1、S2、S3的状态为101001 ，按【单步】键，此时数据总线单元显示的数据为 DR1
加DR2，若进位标志灯 CY亮”表示有进位；反之无进位。
(三)逻辑运算实验
⑴ 写操作(置数操作)
拨动二进制数据开关向 DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下：
数据开关
三态门
寄存器DR1
数据开关 aoioonc
k>
寄存器D腔 (1010DH1)
~CBA=000
CE=O sr-B=i
~LDDR1=1 「
一按单步髦
~LDDR1=O~ LDDS2=1 按单步键
注：【单步】键的功能是启动时序电路产生 T1~T4四拍单周期脉冲
⑵ 读操作(运算寄存器内容送总线)
首先关闭数据输入三态控制端 (SW-B=0)，存储器控制端 CE保持为0 ,令
LDDR仁0 、LDDR2=0 ，然后打开 ALU 输出三态门 (CBA=010)，置 M、S0、
51、 S2、S3为11111，再按【单步】键，数据总线单元显示 DR1的内容，若把 M、
S0、 S1、S2、S3置为10101 ，再按【单步】键，数据总线单元显示 DR2的内容。
(1)逻辑或非运算
逻辑或非运算的方法是置 CBA=010 ，M、S0、S1、S2、S3状态为11000，按
【单步】键，此时数据总线单元应显示( 18H )。
结果分析：
算数运算试验中，进行写操作后， DR1、DR2分别显示数字65和A7。读操作
时，CBA是选择部件编码，当置于 010时代表选择运算器，并将其数据送往总线。之 后的操作分别将 DR1与DR2的内容送到总线上。算数运算时，当 CN、M、S0、S1、
52、 S3分别置于101001时进行算数的A加B运算，并将结果显示到 和数据总 线上，内容是( 0C)。
进位控制实验中，在“ L”状态下按动【复位】按钮，进位标志灯 CY灭。同样
的方法对DR1和DR2置数，分别（ 55H ）与（AAH ）。相加后，数据总
线显示（FFH），CY灯不亮，无进位。AR经过一个或门后与 T4与，所以当AR=1时 才能带进位。
逻辑运算实验中，给 DR1与DR2分别置。或非运算时，=,的非为（ 18H ）。
六、实验思考
验证7 4LS181的算术逻辑运算。
在给定DR1=65、DR2=A7的情况下，改变运算器的功能设置，按【单步】键，观 察运算器的输出，填入表格中，并和理论分析进行比较、验证。
DR1
DR2
S3 S2 S1 S0
M=0 （算术运算）
M=1
（逻辑运算）
CN=1
无进位
CN=0
有进位
65
A7
0
0
0
0
F= (65)
F= (66)
F= ( 9A)
65
A7
0
0
0
1
F= (E7)
F= (E8)
F= ( 18 )
65
A7
0
0
1
0
F= (7D)
F= (7E)
F= ( 82)
0
0
1
1
F= (FF)
F= (00)
F= ( 00)
0
1
0
0
F= (A5)
F= (A6)
F= ( dA)
0
1
0
1
F= (27)
F= (28)
F= ( 58)
0
1
1
0
F= (bd)
F= (bE)
F= ( C2)
0
1
1
1
F= (3F)
F=(40)
F= (40)
1
0
0
0
F= (8A)
F= (8D)
F= ( BF)
1
0
0
1
F= (OC
F= (Oc)
F= ( 3b)
1
0
1
0
F= (A2)
F= (A3)
F= (A7)
1
0
1
1
F= (24)
F= (25)
F= ( 25)
1
1
0
0
F= (CA)
F= (cb)
F= ( FF)
1
1
0
1
F= (4C)
F= (4d)
F= ( 7d)
1
1
1
0
F= (E2)
F= (E3)
F= ( E7)
1
1
1
1
F= (64)
F= (65)
F= ( 65)
附：74LS18 1逻辑
方式
M=1
（逻辑运算）
M=0 （算术运算）
S3 S2 S1 S0
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)力口 1
0 0 10
F=/AB
F=A+ /B
F= (A+/B )加 1
0 0 11
F=0
F=M 1(2 的补)
F=0
0 10 0
F=/(AB)
F=A 加 A/B
F=A 加 A/B 加 1
0 10 1
F=/B
F= (A+ B)力口 A/B
F= (A+B)加 A/B 加 1
0 110
F=/ (A? B)
F=A减B减1
F=A 减 B
0 111
F= A/B
F= A/B 减 1
F= A/B
10 0 0
F=/A + B
F=A 力口 AB
F=A加AB加1
10 0 1
F=A? B
F=A 加 B
F=A加B加1
10 10
F=B
F= (A+B 力口 AB
F= (A+/B)加 AB加 1
10 11
F=AB
F=AB 减 1
F=AB
110 0
F=1
F=A 加 A
F=A加A加1
110 1
F=A+ /B
F= (A+B 力口 A
F= (A+B 力口 A 加 1
1110
F=A+B
F= (A+/B)力口 A
F= (A+/B )加 A 加 1
1111
F=A
F=A 减 1
F=A
注：①表中“ + ”表示逻辑或，表示逻辑异或，“/”表示逻辑非，“ AB'表示
逻辑与。
②加法运算时，CY=1表示运算结果有进位，CY=O表示运算结果无进位。
七、实验总结
实验一主要验证 ALU的算数与逻辑功能，通过本次实验基本掌握了组成原理实验 的一般步骤与主要细节，了解了 ALU的使用方法，74LS181的组成原理，还有三态门
的作用，以及数据总线与一般部件的传输方式。
实验二 通用寄存器实验
一、 实验目的
熟悉通用寄存器概念。
熟悉通用寄存器的组成和硬件电路。
二、 实验要求
完成3个通用寄存器的数据写入和读出。
三、 实验原理
试验中所用的通用寄存器数据通路如图 1-2-1所示。由三片8位字长74LS374组成
R0、R1、R2寄存器组成。三个寄存器的输入接口用一 8芯扁平线连至总线接口，而三
个寄存器的输出接口用一 8芯扁平线连至 BUS总线接口。图R0-B、R1-B、R2-B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； T4信号为寄存器数据写入脉冲，上升沿
有效。在手动实验状态（即“ L”状态）每按动一次【单步】命令键，产生一次 T4信号。
图1-2-1 通用寄存器单元电路M…?2D 29ir
图1-2-1 通用寄存器单元电路
M…?
2D 29
ir :r
⑥二进制开关单元
V4 A
—
30
金
273
1
20
晞C
L
1D
J
1
?二进初开关单元
IJJ
表1-2-1 通用寄存器单元选通真值表
C
B
A
选择
1
0
0
R0-B
1
0
1
R1-B
1
1
0
R2-B
四、实验连线
图 1-2-28.BI88I8.8.I3EJ R0 R1 R2 曲 B5奇存器蛆R6-E LDRfi Rl-B LORI R2-E LDR?0*3 0*0 0*0 0*0 c>oT4T3
图 1-2-2
8.BI88I8.8.
I3EJ R0 R1 R2 曲 B5奇存器蛆
R6-E LDRfi Rl-B LORI R2-E LDR?
0*3 0*0 0*0 0*0 c>o
T4
T3
T2
1
H-
O序停
B.1时启
实验连线示意图
时输入
SW-B
按图1-2-2所示，连接实验电路:
①总线接口连接：用8芯片平线连接图1-2-2
①总线接口连接：用
8芯片平线连接图
1-2-2中所有标明
L_”或图案的
总线接口。
②按制线与时钟信号连接：用双头实验导线连接图1-2-2
②按制线与时钟信号连接：用双头实验导线连接图
1-2-2中所有标明
或“，，”图案的插孔。（注：Dais-CMH的时钟信号一座内部连接）。
五、实验内容及结果分析
实验内容：
（一）通用寄存器的写入
拨动二进制开关向 R0和R1寄存器置数，具体操作如下：
数据开关
030000001)
三态门
寄存器RD
?0Q0QQQ1)
数据开关 tiooooooo)
寄存器
~C0A=OOO_
~LDRO =1-
~LDRO =0 ~
CE=0
LDR1 =0
LDR1 =1
Sl-B=l
LDR2 =0
LDR2 =0
冻単步髏
注：【单步】键的功能是启动时序电路产生 T1~T4四拍单周期脉冲
（二）通用寄存器的读出
关闭数据输入三态门（SW-B ），寄存器控制端 CE=0，令LDR0=0、LDR1=0、
LDR2=0，分别打开通用寄存器 R0、R1、R2输出控制位，置 CBA=100时，按【单步】 键，数据总线单元显示 r0中的数据01H ;置CBA=101时，按【单步】键。数据总线单 元显示R1中的数据80H ;置CBA=110时，按【单步】键，数据总线单元显示 R2中的
数据（随机）。
结果分析：
执行写操作后，R0与R1分别显，读操作则分别把 R0、R1的内容 送到数据总线上，R2显示FF （随机数）。CBA=100时，选择将R0中的内容送往总线， CBA=101 时选择 R1，CBA=110 时选择 R2。
六、实验总结
通过本次实验，使我对 CBA （部件选择编码有了更深刻的记忆），同时加深了对
74LS374寄存器组成的认识。学会了如何进行写入读出操作。
实验三移位寄存器实验
实验三
移位寄存器实验
一、 实验目的
了解位移寄存器的硬件电路，验证位移控制与寄存的组合功能。
利用寄存器进行数据传输。
二、 实验要求
实现寄存器位移操作，了解通用寄存器的运用。
三、 实验原理
上图所示，使用了一片 74LS299作为移位发生器，其中 8位输入/输出端以8芯扁
平线连接形式和总线接口连接。 299-B信号其使能端（0有效），T4为时序节拍脉冲，
实验时按【单步】命令键产生。由 SO、S1、M控制信号设置其运行状态，器控制特性
列表如下：
表 1-3-1
299-B
S1
S0
M
功 能
0
0
0
C任意
保持
0
1
0
8~
0
循环右移
0
1
0
1
带进位循环右移
0
0
1
0
循环左移