微机原理及应用课程设计

《微机原理及应用课程设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、微机原理课程设计吉林建筑工程学院电气与电子信息工程学院微机原理技术课程设计报告设计题目：算术逻辑单元设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：2011.06.27－2011.07.08教师评语：成绩评阅教师日期18微机原理课程设计第1章绪论1.1算术逻辑单元发展及现状算术逻辑单元（arithmeticlogicunit，缩写ALU）是进行整数运算的结构。现阶段是用电路来实现，应用在电脑组芯片中。在计算机中，算术逻辑单元（ALU）是专门执行算术和逻辑运算的数字电路。ALU是计算机中央处理器的最重要成部分，甚至连最小的微处理器

2、也包含ALU作计数功能。在现代CPU和GPU处理器中已含有功能强大和复杂的ALU；一个单一元件也可能含有ALU。1945年数学家冯诺伊曼在一篇介绍被称为EDVAC的一种新型电脑的基础构成的报告中提出ALU的概念。早期发展1946年，冯诺伊曼与同事合作为普林斯顿高等学习学院(IAS)设计计算机。随后IAS计算机成为后来计算机的原形。在论文中，冯诺伊曼提出他相信计算机中所需的部件，其中包括ALU。冯诺伊曼写到，ALU是计算机的必备组成部分，因为已确定计算机一定要完成基本的数学运算，包括加减乘除。于是他相信「（计算机）应该含有专门完成此

3、类运算的部件。」数字系统ALU必须使用与数字电路其他部分使用同样的格式进行数字处理.对现代处理器而言,几乎全都使用二进制补码表示方式。早期的计算机曾使用过很多种数字系统，包括反码、符号数值码，甚至是十进制码，每一位用十个管子。以上这每一种数字系统所对应的ALU都有不同的设计，而这也影响了当前对二进制补码的优先选择，因为二进制补码能简化ALU加法和减法的运算。一个简单的能进行与或非和加运算的2位ALU。可行性分析18微机原理课程设计绝大部分计算机指令都是由ALU执行的。ALU从寄存器中取出数据，数据经过处理将运算结果存入ALU输出寄

4、存器中。其他部件负责在寄存器与内存间传送数据。控制单元控制着ALU，通过控制电路来告诉ALU该执行什么操作。简单运算大部分ALU都可以完成以下运算∶整数算术运算（加、减，有时还包括乘和除，不过成本较高）位逻辑运算（与、或、非、异或）移位运算（将一个字向左或向右移位或浮动特定位，而无符号延伸），移位可被认为是乘以2或除以2。复杂运算工程师可设计能完成任何运算的ALU，不论运算有多复杂；问题在于运算越复杂，ALU成本越高，在处理器中占用的空间越大，消耗的电能越多。于是，工程师们经常计算一个折中的方案，提供给处理器（或其他电路）一个能使

5、其运算高速的ALU，但同时又避免ALU设计的太复杂而价格昂贵。部ALU。工程师一般认为ALU是处理整数型（比如补码和BCD码）算术运算的的电路，而对更为复杂的格式（比如浮点型、复数型）进行计算的电路则拥有一个更加匹配的称谓。1.2实验目的了解算术逻辑运算单元的工作原理及构成，掌握简单运算器的数据传输方式，掌握74LS181的功能和应用。了解算术逻辑运算单元的系统设计，包括硬件设计和软件设计，并能通过实验验证。1.3实验原理运算器由2片7418微机原理课程设计LS181构成8位字长的ALU单元。2片74LS374作为2个数据锁存器（

6、DR1、DR2），8芯插座ALU-IN作为数据输入器，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。运算器的数据输出端由一片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。算术逻辑单元可完成数据的算术、逻辑运算，如不带进位的位逻辑或运算，不带进位的位加法运算。数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并且D1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入锁存器DR1。同样使EDR2为低电平，D2CK有上升沿时把数据总线上的数据打入数据锁存器DR2。算术逻辑运

7、算单元的核心是由2片74LS181组成，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;当ALU-O为高电平时，

8、74LS244的输出为高阻。表1-1控制信号说明信号名称作用有效电平EDR1选通DR1寄存器低电平有效EDR2选通DR2寄存器低电平有效DR1CKDR1寄存器工作脉冲上升沿有效DR2CKDR2寄存器工作脉冲上升沿有效S0-S174LS181工作方式