《计算机组成原理》运算器实验报告

一、 实验名称：运算器实验

二、 实验目的：

1、 掌握运算器的组成及工作原理；

2、 熟悉ALU执行算术运算与逻辑运算的具体实现过程； 3、 掌握ALU 算术与逻辑运算的控制方法 4、 了解多片ALU的组合扩展功能和进位链的实现

三、 实验内容：

1、 两16位操作数的算术运算及进位影响 2、 两16位操作数的逻辑运算及进位影响 3、 不同控制组合下的算术与逻辑运算的输出结果

四、 实验设备：

EL-JY-II型计算机原理实验系统，排线若干

五、 实验步骤：

1、 在系统断电的情况下，按实验指导书接线图完成本次实验的接线； 2、 系统上电，拨动清零开关，系统清零；

3、 从数据输入开关电路输入第一个16位数据，开放数据总线，使数据进入暂存寄存器1； 4、 从数据输入开关电路输入第二个16位数据，开放数据总线，使数据进入暂存寄存器2； 5、 关闭数据输入开关，开启ALU输出，检查两个16位数据正确与否，有错通过步骤3改正； 6、 设置方式控制M=0，拨动功能选择端S3，S2，S1，S0 进行算术运算，记录ALU输出结果； 7、 重复步骤6，直到S3，S2，S1，S0所有组合（16种）被完成；

8、 设置方式控制M=1，拨动功能选择端S3，S2，S1，S0 进行逻辑运算，记录ALU输出结果； 9、 重复步骤6，直到S3，S2，S1，S0所有组合（16种）被完成；

10、 对实验结果进行检查，如有错误，找出原因，重做实验，直到正确为止。

六、 实验结果

整个实验记录的实验结果如下：

表一： ALU 算术与逻辑运算实验结果

LT1 LT2 S3S2S1S0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 M=0（算术运算） F=1234H F=567CH F=BBB7H F=FFFFH F=1238H F=5680H F=BBBBH F=0003H F=2464H F=68ACH F=CDE7H F=122FH F=2468H F=68B0H F=CDEBH F=1233H F=1235H F=567DH F=BBB8H F=0000H F=1239H F=5681H F=BBBCH F=0004H F=2465H F=68ADH F=CDE8H F=1230H F=2469H F=68B1H F=CDECH F=1234H M=1（逻辑运算） F=EDCBH F=A983H F=4448H F=0000H F=EDCFH F=A987H F=444CH F=0004H F=FFFBH F=BBB3H F=5678H F=1230H F=FFFFH F=BBB7H F=567CH F=1234H Cn=1（无进位） Cn= 0（有进位） 1234H 5678H 表二 74181ALU功能表（分析时使用） 选择 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1

M=0 算术操作 M=1 逻辑操作 Cn=1（无进位） Cn=0（有进位） F=/A F=/(A+B) F=/A*B F=0 F=/(A*B) F=/B F=A*/B F=/A+B F=/(/A*B+A*/B) F=B F=1 F=A+/B F=A+B F=A F=A F=A+B F=A+/B F=减1(2的补) F=A加A*/B F=(A+B)加A*/B F=A*/B减1 F=A加A*B F=A加B F=(A+/B)加A*B F=A*B减1 F=A加A F=(A+B)加A F=(A+/B)加A F=A减1 F=A加1 F=(A+B)加1 F=(A+/B)加1 F=0 F=A加A*/B加1 F=(A+B) 加A*/B加1 F=A减B F=A*/B F=A加A *B加1 F=A加B加1 F=(A+/B)加A*B加1 F=A*B F=A加A 加1 F=(A+B)加A加1 F=(A+/B)加A加1 F=A F=(/A*B+A*/B) F=A减B减1 1 0 1 1 F=A*B

七、 分析讨论

M是算术与逻辑运算的选择端决定了ALU 进行那类运算，S0， S1，S2，S3是功能选择控制端，决定是做加、减、逻辑与、逻辑或、逻辑异或等运算，表一的实验结果与手工验算完全一致，从而验正了整个ALU的算术/逻辑运算功能和进位处理功能。灵活运用S0，S1，S2，S3的不同组合可以实现许多其它功能，如本ALU虽然没有求补功能但可以通过取反加1完成求补运算，向左移位的实现可采用自身相加（A+A=2A），此外选择M=1，S3S2S1S0=1111或S3S2S1S0=1010将操作数A或B可以直接送到ALU的输出，这样可以直接验证输入数据是否正确。本次实验也涉及到了数据总线，总线有三个性质：公共性、驱动性和三态性，在数据输入时利用控制开关来控制三态，有效时输出数据，无效时数据输入缓冲器呈高阻（相当断开）与数据总线隔离；公共性是总线的最根本的属性，所有传输的数据都通过共享数据线分时完成的，何时完成靠控制信号来区分，如输入的两个16位数据就是通过数据总线分两次（分时）传送的。

八、 心得体会

这是计算机组成原理的第一个实验，虽然还有点陌生，但基本熟悉了整个实验系统的基本结构，了解了该实验装置按功能分成几大区，学会何时操作各种开关、按键。最重要的是通过实验掌握了运算器工作原理，熟悉了算术/逻辑运算的运算过程以及控制这种运算的方法，了解了进位对算术与逻辑运算结果的影响，对时序是如何起作用的没太弄清楚，相信随着后续实验的进行一定会搞清楚的。