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、DR2中是否保存了所置的数。

其实验原理图如下：

 

波形图如下：

实验3 半导体存储器原理实验                                  

（一）、实验目的

（1）熟悉静态随机存储器RAM和只读存储器ROM的工作特性和使用方法；

（2）熟悉半导体存储器存储和读出数据的过程；

（3）了解使用半导体存储器电路时的定时要求。

（二）、实验要求

　　　利用Quartus Ⅱ器件库提供的参数化存储单元，设计一个由128X8位的RAM和128X8位的ROM构成的存储器系统。请设计有关逻辑电路，要求仿真通过，并设计波形文件，验证该存储器系统的存储与读出。

（三）、实验原理图与仿真图   

ram内所存储的数据：

rom内所存储的数据：

仿真图如下：

（四）心得体会

本次试验中，我们应该熟练掌握Quartus Ⅱ软件的使用方法；熟悉静态随机存储器RAM和只读存储器ROM的工作特性和使用方法；熟悉半导体存储器存储和读出数据的过程；了解使用半导体存储器电路时的定时要求。并且制定实验方案然后进行实验验证。要学会将学到的知识运用到实际中。

四、实验4 数据通路的组成与故障分析实验

（一）、实验目的

（1）将运算器模块与存储器模块进行连接；

（2）进一步熟悉计算机的数据通路；

（3）炼分析问题与解决问题的能力，学会在出现故障的情况下，独立分析故障现象并排除故障。

（二）、实验电路

设计一实验电路图，把前面进行的运算器实验模块与存储器实验模块两部分电路连接在一起。RAM和ROM的输出都可以送至寄存器R1和R2作为运算器的输入，而运算器的结果可以送入R3暂存，然后送入RAM的指定单元。整个电路总线结构的形式自行设计。

（三）、实验原理图与仿真图  

ram内所存储的数据：

rom内所存储的数据：

原理图如下：

仿真图如下：

五．心得体会

实验前我们应该先要对我们将要做的实验充分的了解，将原理弄懂，同时也要熟悉我们实验所使用的软件的用法，这对我们都是至关重要的，并且会使我们在实验时节省很多时间；然后，根据实验要求设计出总体方案，再根据方案进行实验。通过这次课程设计我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，将结论用于实践，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

 

第二篇：计算机组成原理运算器的实现实验报告

信息与管理科学学院计算机科学与技术

实验报告

课程名称：              计算机组成原理                                               

实验名称：                运算器实验                                           

姓    名：                  

班    级：                   

指导教师：                    

学    号：             

实 验 室： 组成原理实验室               

日    期：   20##-11-16             

一、实验目的

    1．掌握运算器的组成及工作原理；

 2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；

 3．验证带进位控制的74LS181的功能。

二、实验环境

 EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。

三、实验内容

     验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。

四、实验操作过程

Ⅰ、单片机键盘操作方式实验

 注：在进行单片机键盘控制实验时，必须把开关K4置于“OFF”状态，否则系统处于自锁状态，无法进行实验。

1、实验连线（键盘实验）：

实验连线如图1－6所示。

（连线时应按如下方法：对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。注意：F4只用一个排线插头孔）

 

2、实验过程：

拨动清零开关CLR，使其指示灯灭。再拨动CLR，使其指示灯亮。

在监控滚动显示【CLASS SELECt】时按【实验选择】键，显示【ES--_ _ 】输入01或1，按【确认】键，监控显示为【ES01】，表示准备进入实验一程序，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。

再按【确认】键，进入实验一程序，监控显示【InSt--】，提示输入运算指令，输入两位十六进制数（参考表1－3和表1－1），选择执行哪种运算操作，按【确认】键。

监控显示【Lo=0】,此处Lo相当于表1－1中的M，默认为“0”，进行算术运算，也可以输入“1”，进行逻辑运算。按【确认】，显示【Cn=0】,默认为“0”，由表1－1可见，此时进行带进位运算，也可输入“1”，不带进位运算（注：如前面选择为逻辑运算，则Cn不起作用）。按【确认】，显示【Ar=1】，使用默认值“1”，关闭进位输出。也可输入“0”，打开进位输出，按【确认】。

监控显示【DATA】，提示输入第一个数据，输入十六进制数【1234H】，按【确认】，显示【DATA】，提示输入第二个数据，输入十六进制数【5678H】，按【确认】键，监控显示【FINISH】，表示运算结束，可从数据总线显示灯观察运算结果，CY指示灯显示进位输出的结果。按【确认】后监控显示【ES01】，可执行下一运算操作。

                        表1-3 运算指令关系对照表

    在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入表中，并和理论值进行比较和验证：

 

Ⅱ、开关控制操作方式实验

注：为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的ALU-G和C-G拨到输出高电平“1”状态(所对应的指示灯亮。)本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平“0”。

    1、按图1－7接线图接线：

连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。

  

 

                                                                                   

                                           

    图1－7  实验一 开关实验 接线图 

2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数：

注意：本实验中ALU-G和C-G不能同时为0，否则造成总线冲突，损坏芯片！故每次实验时应时刻保持只有一路与总线相通。

1）拨动清零开关CLR，使其指示灯。再拨动CLR，使其指示灯亮。置ALU-G＝1：关闭ALU的三态门；再置C-G=0：打开数据输入电路的三态门；

2） 向数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）中置数：

（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值；

（2）置LDR1＝1：使数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置          LDR2＝0：使 数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信号无效；

（3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。

 3）向数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）中置数：

（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值；

（2）置LDR1＝0：数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2＝1：使数据暂存器LT2的控制信号有效。

（3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。

 （4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。

      4 ）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确：

（1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU的三态门 ；

（2）置“S3S2S1S0M”为“11111”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器LT1置数正确；

 （3）置“S3S2S1S0M”为“10101”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。   

3、验证74LS181的算术和逻辑功能:

按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“1234H”和“5678H”，在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值F，填入上表中，参考表1－1的功能表，分析输出F值是否正确。分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。

五、实验结果及结论

     实验结果如图所示：

结论：1、掌握了运算器的组成及工作原理；

      2、了解了4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉了运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；

六、心得体会 

     通过本次试验我掌握运算器的组成及工作原理，了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程。加强了对课本教材的理解，增加了自己的动手实践能力，通过与我的队友的通力合作，我更深刻的体会到了团队力量的重要性。

七、指导教师评议

成绩：                                           （百分制）    

指导教师签名：