实验报告 、实验名称 运算器实验—算术逻辑运算实验
、实验目的 1、了解运算器的组成原理。 2、掌握运算器的工作原理。 3、掌握简单运算器的数据传送通路。 4、验证运算功能发生器( 74LS181)的组合功能
三、实验设备 TDN-CM++ 计算机组成原理教学实验系统一套，导线若干 四、实验原理
实验中所用的运算器数据通路如图 1-1 所示。其中两片 74LSl81以串行方式 构成 8 位字长的 ALU， ALU 的输出经过一个三态门 (74LS245)和数据总线相连。 三态门由 ALU-R 控制，控制运算器运算的结果能否送往总线，低电平有效。 为实现双操作数的运算， ALU 的两个数据输入端分别由二个锁存器 DR1、 DR2 (由 74LS273实现)锁存数据。要将数据总线上的数据锁存到 DRl、DR2 中，锁 存器的控制端 LDDR1 和 DDR2必须为高电平，同时由 T4 脉冲到来。 数据开关“( INPUT DEVICE")用来给出参与运算的数据， 经过三态(74LS245) 后送入数据总线，三态门由 SW—B控制，低电平有效。数据显示灯 “( BUS UNIT") 已和数据总线相连，用来显示数据总线上的内容。 图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明 (其他实验相同，不再说明 )， 其中除 T4 为脉冲信号外，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已 连至“W／R UNIT ”的相应时序信号引出端， 因此，在进行实验时， 只需将“W ／R UNIT"的 T4接至“ STATE UNIT ”的微动开关 KK2 的输入端，按动微动开 关，即可获得实验所需的单脉冲。 ALU 运算所需的电平控制信号 S3、S2、S1、S0 、Cn、M、LDDRl、LDDR2 、 ALU-B 、SW-B均由“ SWITCH UNIT ”中的二进制数据开关来模拟，其中 Cn、ALU —B、SW 一 B 为低电平有效 LDDR1 、LDDR2 为高电平有效。 对单总线数据通路，需要分时共享总线，每一时刻只能由一组数据送往总线。 五、实验内容 1．输入数据通过三态门 74LS245 后送往数据总线，在数据显示灯和数码显 示管 LED 上显示。 2．向 DRl（或 DR2）中置数，经 ALU 直传后，经过三态 245 送入数据总线， 在数据显示灯和数码显示管 LED 上显示 3．将输入 DRl 和 DR2 中的两个数进行算术逻辑运算，验证 AlU 的功能， 结果在数据显示灯和数码显示管 LED 上显示。
六、实验步骤 1、输入数据通过三态门 74LS245 后经过数据总线在数据显示灯和数码显示 管 LED 上直接显示
（1）按下图连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。 （2）用二进制数码开关输入数据 65H，观察总线数据显示灯和 LED 灯的变 化。设置：○1 SW-B=1；○2 从输入开关输入： 01100101；○3 打开三态门 SW-
B=0； ○4 数据在数码管上显示： LED-B=0 ，发 W/R 脉冲。 （3）观察实验结果。
2. 向 DRl（或 DR2）中置数，经ALU 直传后，经过三态 245送入数据总线， 在 数据显示灯和数码显示管 LED 上显示。 （1）重新连接电路，仔细检查无误之后，接通电源。 2）向DR1和DR2寄存器中置入数据 65H和 A7H。流程为： ○1 使 SWITCH UNIT 单元中的开关 SW-B=1； ○2 从输入开关输入： 01100101（数据显示：灯亮为 0，灯不亮为 1。下同）； ○3 使开关 SW-B=0； ○4 设置 LDDR1=1 、LDDR2=0
○5 将数据打入 DR1［按 KK2 发 F4 脉冲］，将总线上得数据在数码管上显示： LED-B=0 。 2）、用输入开关向寄存器 DR2 置数 .。 ○1 使 SWITCH UNIT 单元中的开关 SW-B=1； ○2 从输入开关输入： 10100111； ○3 使开关 SW-B=0； ○4 设置 LDDR1=0 、LDDR2=1 。 ○5 将数据打入 DR2［按 KK2 发 F4 脉冲］，将总线上得数据在数码管上显示： LED-B=0 。 （3）、检验输入 DR1 和 DR2 寄存器中的数据是否正确。
1、关闭三态SW-B=1，关闭暂存器的输入： LDDR1=0 、 LDDR2=0 。 2、打开 ALU 输出三态门： ALU-B=0 ，设置运算器直传形式 S3S2S1S0M为 11111。 3、将总线上的数据在数码管上显示： LED-B=0 ，发 W/R 脉冲。 4、观察结果（即 DR1 中的数据）。
数据开关 寄存器 DR1 打开 数据开关
（01100101） （01100101） 三态门 （10100111）
1）、用
输
打开 寄存器 DR2
三态门 （10100111）
入开关向寄存器 DR1 置数 5、再次关闭三态门： SW-B=1。打开 ALU 输出三态门： ALU-B=0 。 6、设置运算器直传形式 S3S2S1S0M为 10101。 7、将总线上的数据在数码管上显示： LED-B=0 ，发 W/R 脉冲。 8、观察结果（即 DR2 中的数据）。
3、将输入 DR1 和 DR2 中的两个数进行算术逻辑运算，验证 ALU 的功能， 结果在数据显示灯和数码显示管 LED 上显示。
（1）、保持中数据不变，若不知道中是否有数据，可按实验步骤 2 中得（ 3）去 检查。 （2）通过“ SWITCH UNIT ”改变开关 S3，S2，S1，S0，Cn，M 的值，可将两 数进行不同的运算。例如：设置 S3S2S1S0CnM=10010，运算器进行加法运算， 设置 S3S2S1S0CnM=01100，运算器进行减法运算。 最后根据运算结果填写下表： DR1 DR2 S3 S2 S1
S0
M=0（ 算术运算 ）
M=1 （逻辑运 算） Cn=1 无进位 Cn=0 有进
位
65 A7 0 0 0 0 F=(6 5) F=( 6 6 ) F=(9 A ) 65 A7 0 0 0 1 F=(E 7) F=( E8 ) F=( 1 8 ) 65 A7 0 0 1 0 F=(7 D) F=( 7 E ) F=( 82 ) 0 0 1 1 F=( ) F=( ) F=( )
0 1 0 0 F=( ) F=( ) F=( )
0 1 0 1 F=( ) F=( ) F=( )
01 1 0 F=( ) F=( ) F=( )
0 1 1 1 F=( ) F=( ) F=( )
1 0 0 0 F=( ) F=( ) F=( )
1 0 0 1 F=( ) F=( ) F=( )
1 0 1 0 F=( ) F=( ) F=( )
1 0 1 1 F=( ) F=( ) F=( )
1 1 0 0 F=( ) F=( ) F=( )
1 1 0 1 F=( ) F=( ) F=( )
1 1 1 0 F=( ) F=( ) F=( )
1 1 1 1 F=( ) F=( ) F=( )
七、实验结果 1、在实验步骤 1 第（ 3）步观察到的结果是亮、暗、暗、亮、亮、暗、亮、暗， 即运算器最后存储的数据是 01100101，即 LED 显示为 65； 2、在实验步骤 2 第（ 3）步观察到的结果是亮、暗、暗、亮、亮、暗、亮、暗， 即运算器最后存储的数据是 01100101，即 LED 显示为 65； 3、在实验步骤 2 第（ 3）步观察到的结果是暗、亮、暗、亮、亮、暗、暗、暗， 即运算器最后存储的数据是 10100111，即 LED 显示为 A7； 4、步骤 3 中的运算结果如下：
DR1 DR2 S3 S2 S1
S0
M=0（ 算术运算 ）
M=1 （逻辑运 算） Cn=1 Cn=0 无进位 有进位
65 A7 0 0 0 0 F=(65) F=( 66 ) F=(9A ) 65 A7 0 0 0 1 F=(E7) F=( E8 ) F=( 18 ) 65 A7 0 0 1 0 F=(7D) F=( 7E ) F=( 82 ) 0 0 1 1 F=(FF) F=(00) F=(00 ) 0 1 0 0 F=(A5) F=(A6) F=(dA) 0 1 0 1 F=(27) F=(28) F=(58) 01 1 0 F=(BD) F=(BE) F=(C2) 0 1 1 1 F=(3F) F=(40) F=(4D) 1 0 0 0 F=(8A) F=(8B) F=(BF) 1 0 0 1 F=(0C) F=(0D) F=(3D) 1 0 1 0 F=( 4C) F=(AD) F=(7D) 1 0 1 1 F=( 24) F=(25) F=(25) 1 1 0 0 F=(CA) F=( CB) F=(FF) 1 1 0 1 F=(4C) F=(4D) F=(7D) 1 1 1 0 F=(E2) F=(E3) F=( E7) 1 1 1 1 F=( 64) F=(65) F=(65)
八、小结 通过这次实验， 我明白了要很好的完成实验首先一定要注意线路的连接， 需 要对应的要一一对应。 我掌握了算术逻辑运算器单元 ALU（74LS181）的工作原 理，并熟悉了怎样输入输出数据和验算由 74LS181 等组合逻辑思电路的运算功 能发生器运算功能等实验步骤和要求。