[计算机组成原理]——运算器实验
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了[计算机组成原理]——运算器实验相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
文章目录
8位算术逻辑运算实验
一、实验目的
1、掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。
2、掌握简单运算器的数据传送通路组成原理。
3、验证算术逻辑运算功能发生器74LSl8l的组合功能。
4、按给定数据，完成实验指导书中的算术／逻辑运算。
二、实验内容
1、实验原理
实验中所用的运算器数据通路如图1－1所示。其中运算器由两片74LS181以并/串形成8位字长的ALU构成。运算器的输出经过一个三态门74LS245(U33)到内部数据总线BUSD0～D7插座BUS1～2中的任一个（跳线器JA3为高阻时为不接通），内部数据总线通过LZD0～LZD7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至内部总线BUS，实验时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门74LS245（U51）直接连至外部数据总线EXD0～EXD7，通过数据开关输入的数据由LD0～LD7显示。
图1-1中算术逻辑运算功能发生器 74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M并行相连后连至6位功能开关，以手动方式用二进制开关S3、S2、S1、S0、CN、M来模拟74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB以手动方式用二进制开关LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB来模拟，这几个信号有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB、SWB为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。
另有信号T4为脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。
2、实验接线
A.本实验用到4个主要模块：
（1）低8位运算器模块；（74LS181芯片2片 74LS273 芯片2个，分别存放数据A和B）
（2）数据输入并显示模块；（KD0~KD7）
（3）数据总线显示模块；（LD0~LD7）
（4）功能开关模块（借用微地址输入模块，S0~S3，M，CN）
B.控制方式：手动控制方式；
C.脉冲信号：T4，将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲信号。
D.控制信号：由跳线拨决定，跳线拨在上面为"1"，拨在下面为"0"，电平值由对应的显示灯显示。
高有效信号 运算器运算方式：S0~S3，M,CN；锁存器控制：LDDR1、LDDR2；
低有效信号 输入控制台：SWB
运算器输出控制：ALUB
E.根据实验原理详细接线如下：
（1）J20,J21,J22,接上短路片，
（2）J24，J25，J26接左边；
（3）J27,J28 右边；
（4）J23 置右边T4选“ SD”
（5）JA5 置“接通”；
（6）JA6 置“手动”；
（7）JA3 置“接通”；
（8）JA1,JA2,JA4置“高阻”；
（9）JA8 置上面“微地址”；
（10）EXJ1接BUS3；
（11）开关CE 、AR 置1；
说明：LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB四个信号电平由对应的开关LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB给出， T4由手动脉冲开关给出。
AR为算术运算时是否影响进位及判零标志控制位，低电平有效。
F.实验原理图
3、实验预习
（1）用二进制数码开关KD0—KD7向DR1和DR2寄存器置数。
ALU输出三态门（ALUB置 1），目的是关闭输出三态门；
SW输入三态门（SWB置 0），目的是开启输入三态门；
令LDDR1= 1 ，LDDR2= 0 ，通过KD0-KD7开关输入数据35H，按动手动脉冲发生按钮，将数据35H置入DR1寄存；
令LDDR1= 0 ，LDDR2= 1 ，通过KD0-KD7开关输入数据48H，按动手动脉冲发生按钮，将数据48H置入DR2寄存。
（2） 检验DR1和DR2中存入的数据是否正确。
具体方法：利用算术逻辑运算功能发生器 74LS181的逻辑功能，即M=1 。通过正确的逻辑运算，能够依次读出DR1和DR2的数据。
实现过程为：关闭数据输入三态门SWB＝ 1 ，打开ALU输出三态门ALUB＝ 0 ，当置S3、S2、S1、S0、M为 1 1 1 1 1 时，总线指示灯显示 DR1 中的数，而置成 1 0 1 0 1 时，总线指示灯显示DR2中的数。
4、实验步骤
（1）连接线路，仔细查线无误后，接通电源。
（2）用二进制数码开关KD0～KD7向DRl和DR2寄存器置数。
方法：关闭ALU输出三态门(ALUB=1)，开启输入三态门(SWB=0)，输入脉冲T4按手动脉冲发生按钮产生。
说明：LDDRl、LDDR2、ALUB’、SWB’四个信号电平由对应的开关LDDRl、
LDDR2、ALUB、SWB给出，拨在上面为“1”，拨在下面为“0”，电平值由对应的显示灯显示，T4由手动脉冲开关给出。
（3）检验DRl和DR2中存入的数据是否正确，利用算术逻辑运算功能发生器74LSl 8l的逻辑功能进行验算，即M=1。具体操作如下：关闭数据输入三态门SWB’=1，打开ALU输出三态门ALUB’=0，当置S3、S2、S1、S0、M为11111时，总线指示灯显示DR1中的数，而置成10101时总线指示灯显示DR2中的数。
（4）验证74LSl81的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）
在给定DRl＝35H、DR2=48H的情况下，改变算术逻辑运算功能发生器的功能设置，观察运算器的输出，填入实验报告表中，并和理论分析进行比较、验证。
（5）以本组同学的学号后两位作为两个输入数据完成第（4）部分要求。
三、74LS181功能表
实验中用到的运算器74LS181功能表如表1.1所示。
四、实验数据
五、实验结果分析及总结
本次实验较为简单，关键在于对实验逻辑的理解以及S0,S1,S2,S3,Cn以及M的操作。
六、思考题
1、在向DR1和DR2寄存器置数时S3、S2、S1、S0、M、Cn如何设置？
答：S3、S2、S1、S0、M设置为1、1、1、1、1时，数据总线显示灯显示DR1寄存器的内容，S3、S2、S1、S0、M、CN设置为1、0、1、0、1时数据总线显示灯显示DR2寄存器的内容。
2、DR1置数完成后，如果不关闭控制端，LDDR1会怎样？
答：若不关闭控制端，则数据可能会丢失
3、为什么在读取74LS181的输出结果时要打开输出三态门的控制端ALUB ？
答：只有打开了输出三态门数据才能在总线中显示
带进位控制8位算术逻辑运算实验
一、实验目的
1、验证带进位控制的算术逻辑运算发生器74LSl8l的功能。
2、按指定数据完成几种指定的算术运算。
二、实验内容
1、实验原理
带进位控制运算器的实验原理如图2.1所示，在实验1的基础上增加进位控制部分，其中高位74LS181（U31）的进位CN4通过门UN4E、UN2C、UN3B进入UN5B的输入端D，其写入脉冲由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。AR是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验。从图中可以看出，AR必须为“0”电平，D型触发器74LS74（UN5B）的时钟端CLK才有脉冲信号输入。才可以将本次运算的进位结果CY锁存到进位锁存器74LS74（UN5B）中。
2、实验接线
实验连线详细如下：
（1）J20,J21,J22,接上短路片，
（2）J24，J25，J26接左边；
（3）J27,J28 右边；
（4）J23 置右边T4选“ SD”
（5）JA5 置“接通”；
（6）JA6 置“手动”；
（7）JA3 置“接通”；
（8）JA1,JA2,JA4置“高阻”；
（9）JA8 置上面“微地址”
（10）EXJ1接BUS3
（11）CE、299B 置“1”，AR置“0”；
（12）总清开关拨在“1”电平。若总清开关拨在“0”电平，Cy清零。
3、实验步骤
（1）仔细查线无误后，接通电源。
（2）用二进制数码开关KDO～KD7向DRl和DR2 寄存器置数。
方法：关闭ALU输出三态门ALUB=1，开启输入三态门SWB=0，输入脉冲T4按手动脉冲发生按钮产生。如果选择参与操作的两个数据分别为55H、AAH，将这两个数存入DR1和DR2。
（3）开关ALUB=0，开启输出三态门，开关SWB=1，关闭输入三态门，同时让LDDR1=0，LDDR2=0。
（4）验证带进位运算及进位锁存功能
这里有两种情况：
- 进位标志已清零，即CY=0，进位灯灭。使开关CN=0，再来进行带进位算术运算。例如步骤（2）参与运算的两个数为55H和AAH，当S3、S2、S1、S0、M状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl加DR2再加初始进位位“1” （因CN=0），相加的结果应为ALU=00，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。使开关CN=1，当S3、S2、S1、S0、M状态为10010，则相加的结累ALU=FF，并且不产生进位。
- 原来有进位，即CY=1，进位灯亮。
此时不考虑CN的状态，再来进行带进位算术运算。同样步骤（2）参与运算的两个数为55H和AAH，当S3、S2、S1、S0、M状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl加DR2再加当前进位标志CY，相加的结果同样为ALU=00，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。
（5）如果原来有进位，CY=1，进位灯亮，但需要清零进位标志时，具体操作方法如下： - AR信号置为“0”电平，DRl寄存器中的数应小于FF。
- S3、S2、S1、S0、M的状态置为0 0 0 0 0。
- 按动手动脉冲发生开关，CY=0，即清进位标志。
注：进位标志指示灯CY亮时，表示进位标志为“1”，有进位；
进位标志指示灯CY灭时，表示进位位为“0”，无进位。
三、验证两种操作下带进位的运算功能的实验数据记录
四、实验结果分析及总结
通过实验验证了带进位的八位算数逻辑运算，本实验需要注意进位灯的数值，以及合理的操作。
五、思考题
1、如何在进位运算操作前对进位标志清零？
答：总清开关置为0即可使进位标为0。
2、在进行进位运算操作时，在何种情况下要对进位标志清零？
答：当前进位标数值为1，并且后面的实验操作要求进位标为0时，要进行标志清零。
以上是关于[计算机组成原理]——运算器实验的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章