上海建桥学院
本科实验报告
课程名称： 学 号： 姓 名： 专 业： 班 级：
计算机组成原理
指导教师：
课内实验目录及成绩
序号 1 2 3 4 实验名称 八位算术逻辑运算 静态随机存取存储器实验 数据通路 微程序控制器的实现 总成绩 页码 1 6 11 16 成绩
信息技术学院 2014年 03 月 20 日
二、实验原理和内容
一、实验目的和要求
1、掌握运算器的基本组成结构； 2、掌握运算器的工作原理。
上海建桥学院实验报告
实验采用的运算器数据通路如图1-1所示，ALU逻辑功能表如表1-1所示。
实验项目名称： 八位算术逻辑运算
实验地点： 实验日期： 年 月 日
课程名称： 计算机组成原理 实验类型： 验证型
图1-1运算器原理图
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ALU部件由一片 CPLD实现，内部含有三个独立的运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件。输入数据IN[7..0]（由插座JP22引出）通过拨动开关sK7..sK0产生（开关由插座JP97引出）。数据存于暂存器A或暂存器 B中（暂存器A和B的数据可在 LED灯上实时显示），三个部件可同时接受来自暂存器 A和 B的数据。各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN_I来决定（S3…S0由插座JP18引出；CN_I由插座JP19引出），可通过拨动开关sK23..sK20和sK12设置(开关由插座JP89、JP19引出)。运算结果由三选一多路开关选择，任何时候，多路开关只选择三个部件中的一个部件的运算结果作为ALU的输出。ALU的输出ALU_D7..ALU_D0通过三态门74LS245送至CPU内部数据总线（iDBus）上(由插座JP25引出)，并通过扩展区单元的的二位数码管和DS94..DS101 LED灯显示（LED灯由插座JP62引出）。如果运算影响进位标志FC、零标志FZ、正负标志FS，则在T3状态的下降沿，相应状态分别锁存到FC、FZ、FS触发器中，实验仪设有LED灯显示各标志位状态。
操作控制信号wA（允许写暂存器A）、wB(允许写暂存器B）、rALU(允许ALU结果输出到内部数据总线（iDBus）上)由JP19引出，都为低电平有效，实验时可通过连接开关sK15..sK13设置(开关由插座JP92引出)。
实验所需的时序信号T1、T2、T3，以及复位信号nRST均已与控制台（CON）相连。
表1-1 ALU逻辑功能表 运算类型 S3 S2 S1 S0 CN_I 0000 逻辑运算 0001 0010 0011 0100 0101 移位运算 0 1 X X X X 0 1 0110 0111 1000 1001 1010 1011 其它 1100 1101 1110 1111 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 X X X F = A （直通） F = B （直通） F = A + B （或） F = A * B （与） F=A⊕B （异或） F=/A （取反） F=A 不带进位循环右移 移位位数由暂存器B的低3位决定 F=A 算术右移一位 F=A 逻辑右移一位 F=A 带进位循环右移一位 F=A 逻辑左移一位 F=A 带进位循环左移一位 F=A+B F=A+B+FC F=A-B F=A-B-FC F=A+1 F= NEG A (取补) F=A-1 置FC=CN_I 置EI=CN_I （保留） （保留） 功能 （FZ） （FZ） （FZ） （FZ） （FZ） （FZ） （FZ） （FC，FZ） （FZ） （FC，FZ） （FC，FZ，FS） （FC，FZ，FS） （FC，FZ，FS） （FC，FZ，FS） （FZ） （FZ） （FZ） （FC） (EI) 算术运算 * 表中：功能栏内的FC、FZ、FS表示当前运算会影响到该标志（状态信息显示发生在
T3下降沿）；
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EI为允许中断标志；
‘X’表示任意态，下同。
实验要求完成：
1、在暂存器A中设置操作数A=65H; 在暂存器B中设置操作数B=A7H。
2、通过对ALU操作控制码S3、S2、S1、S0、CN的设置，完成两操作数的算术、逻辑和
移位运算，并将运算结果填入表1-2中。最后将运算结果同实验台ALU逻辑功能表（表1-1）对比分析，判断运算结果是否正确。
3、改变 A、B的值，验证 FC、FZ和FS的锁存功能。将结果填入表1-3中。
三、主要仪器设备
STAR COP2024实验仪一套
四、实验步骤
1、实验接线
（1）关闭实验台电源。
（2）完成如下实验电路连线，并检查无误。 ALU单元：S3..S0(JP18) ALU单元：IN7..IN0(JP22) ALU单元：ALU_D7..ALU_D0(JP25) —— 开关区单元：K23..K20(JP89) —— 开关区单元：K7..K0(JP97) —— 扩展区单元：7..0 (JP62) ALU单元：wA、wB、rALU、CN_I(JP19) —— 开关区单元：K15..K12(JP92) 2、实验操作
（1）打开实验仪电源，完成初始化
① 按CON单元的nRST键，将ALU的暂存器A和B，以及FC、FZ、FS清零。
② 按CON单元的EXEC键，置实验仪为运行状态，此时按键上方的DS111 LED指示灯亮。
③ 按ALU单元的Select键，直至DS77 LED指示灯亮，此时 R_7..R_0 LED 指示灯显示的是暂存器B的内容。
（2）拨动开关，向暂存器A输入数据
① 拨动开关区单元的sK7..sK0开关，形成二进制数01100101，此时开关相应的DS129..DS136 LED指示灯亮，表示该位为‘1’，灭为‘0’。
② 置开关区单元的开关sK15(wA)=0、sK14(wB)=1、sK13(rALU)=1、sK12(CN_I)=0。 ③ 按CON单元的uSTEP+1键，在T1下降沿，将二进制数01100101写入暂存器A中，
暂存器A的值可通过ALU单元的8位 LED灯A_7…A_0显示。 ④ A暂存器写入关闭：置开关区单元的开关sK15(wA)=1。
注： uSTEP+1键为节拍按键，每按一次完成一个节拍，由CON单元的LED指示灯DS169、
DS168显示所处节拍。
DS169 DS168 节拍 0 1 T1 1 0 T2 1 1 T3 （3）拨动开关，向暂存器B输入数据
① 拨动开关区单元的sK7..sK0开关，形成二进制数10100111，此时开关相应的DS129..DS136 LED指示灯亮，表示该位为‘1’，灭为‘0’。 ② 置开关区单元的开关sK14(wB)=0。
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③ 按CON单元的uSTEP+1键，在T2下降沿，将二进制数10100111写入暂存器B中，
暂存器B的值可通过ALU单元的8位 LED灯R_7…R_0显示。 ④ B暂存器写入关闭：置开关区单元的开关sK14(wB)=1。
（4）拨动开关控制ALU的S3、S2、S1、S0和Cn功能设置，完成相应运算
① 置开关区单元的开关sK13(rALU)=0。
② 拨动开关区单元的开关sK23(S3)..sK20(S0)=1000，以及sK12(Cn)=0。
③ 按CON单元的uSTEP+1 键，在T3时刻完成A+B算术运算，运算结果显示于扩展区的左两位数码管和DS94..DS101 LED指示灯上。同时，ALU单元的LED指示灯FZ、FC、FS显示相应状态信息（状态信息显示发生在T3下降沿）。
（5）改变ALU的S3、S2、S1、S0和Cn功能设置，观察并记录运算器的输出
按表1-1设置sK23..sK20(S3..S0)和sK12(CN_I)，观察扩展区的左两位数码管或LED指示灯DS94..DS101的显示结果，以及ALU单元的LED状态指示灯FZ、FC、FS的显示结果，并将运算结果记录在表1-2中。
（6）按照表1-3重新设置A、B暂存器数据，完成加法运算，观察并记录运算器的输出结
果。
① 按表1-3输入操作数A[如前述步骤（2）]；输入操作数B[如前述步骤（3）]。 ② 设置sK23..sK20(S3..S0)=1000和sK12(CN_I)=0。观察扩展区的左两位数码管或LED
指示灯DS94..DS101的显示结果，以及ALU单元的LED状态指示灯FZ、FC、FS的显示结果，并将运算结果记录在表1-3中。
五、实验数据记录
1、完成实验步骤（5），将运算结果记录在表1-2中。
表1-2 运算类型 A B S3 S2 S1 S0 CN_I 0000 逻辑运算 0001 0010 0011 0100 0101 0101 0110 移位运算 65H A7H 0110(FC=0) 0110(FC=1) 0111 0111(FC=0) 0111(FC=1) 算术运算 1000 1000(FC=0) 1000(FC=1) 1001 1001(FC=0) 1001(FC=1) 0 1 X X X X 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 F=( ) F=( ) F=( ) FZ=( ) F=( ) FZ=( ) F=( ) FZ=( ) F=( ) FZ=( ) F=( ) FZ=( ) F=( ) FZ=( ) F=( ) FZ=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) F=( ) FZ=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) FS=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) FS=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) FS=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) FS=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) FS=( ) F=( ) FZ=( ) FC=( ) FS=( ) 结果 第4页 共21页
计算机组成原理实验报告（4个）
