四、实验连线
图 1-1-2
按上图所示，连接实验电路： 控制线于控制信号“ ”连接：用双头实验导线连接上图中所有标明
“
”或“
”图案的插孔（注：Dais-CMH 的时钟信号以作内部连接）。
五、实验系统工作状态设定
在闪动的 “Ｐ． 状态下按动命令键， LED 显示器自左向右第四位显示提示符 ” 使 “L” ， 表示本装置已进入手动单元实验状态。 在“L”状态下，如下图所示系统用位于实验系统“”二进制开关单元 26 只拨动开关 模拟与微控制器相对应的控制信号。用手动加载正逻辑控制电平（即高电平信号“H”）和 按【单步】命令键产生的单周期 4 拍时序启停信号 T1、T2、T3、T4 的方法实现和完成个 单元实验所需的控制信号操作。
《计算机组成原理》
实验名称
实验报告
运算器实验、通用寄存器实验、移位寄存器实验 实验一 运算器实验
一、实验目的
1.掌握简单运算器的数据传输方式。 2.验证运算器功能发生器（74LS181）及进位控制的功能组合。
二、实验要求
完成不带进位及带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑运算单元的运用。
三、实验原理 图 1-1-1 运算器电原理
F=（E7） F=（7D） F=（FF） F=（A5） F=（27） F=（BD） F=（3F） F=（8A） F=（0C） F=（A2） F=（24） F=（CA） F=（4C） F=（E2） F=（64） 图 1-1-3
F=（E8） F=（7E） F=（00） F=（A6） F=（28） F=（BE） F=（40） F=（8B） F=（0D） F=（A3） F=（25） F=（CB） F=（4D） F=（E3） F=（65）
数据开关
三态门 【CBA=000
（01100101）
寄存器ＤＲ１ （01100101）
CE=0 SW-B=1】
寄存器ＤＲ２
【LDDR1=1 LDDR2-=0
按单步键】
数据开关
（10100111）
（10100111） LDDR1=0 LDDR2=1
按单步建】
（2）读操作（运算寄存器内容送总线） 首先关闭数据输入三态门控制端 （SW-B=0） 存储控制端 CE 保持为 0，令 LDDR1=0， ， LDDR2=0，然后打开 ALU 输出三态门（CBA=010），置 M,S0,S1，S2，S3 为 11111， 再按【单步】键，数据总线单元显示 DR1 的内容，若把 M,S0，S1，S2,S3 置为 10101， 再按【单步】键，数据总线单元显示 DR2 的内容。 （3）逻辑或非运算 逻辑或非运算的方法是置 CBA=000，M,S0，S1，S2，S3 状态为 11000，按【单步】 键，此时数据总线单元应显示 00011000（18H）。 结果分析： （1） 拨动二进制数据开关向 DR1 和 DR2 寄存器置数， 并将 01100101 和 10100111 分别写入 DR1，DR2 中。 （2）M=1，S0、S1、S2、S3 分别为 1111，此时，DR1 中显示 (65H)；M=1， S0、S1、S2、S3 分别为 0101，此时，DR2 中显示(A7H)。 （3）将 01100101 和 10100111 按位或非运算得到 00011000，此时，数据总线单 元显示（18H）。
（3）M=0 时为算数运算；CN=1 时为不带进位加；S0，S1，S2，S3 状态为 1001 时，
F=DR1+DR2=01100101+10100111=0CH
(二) 进位控制实验
进位控制运算器的实验原理如图所示，其中 181 的进位位进入 71LS74 锁存器 D 端， 该端的状态锁存受 AR 和 T4 信号控制，其中 AR 为进位位允许信号，高电平有效；T4 为时 序脉冲信号，当 AR=1 时在 T4 节拍将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中，实现带进 位控制实验。 （1）进位位清零操作 在“L”状态下，按动【复位】按钮，进位标志灯 CY“灭”，实现对进位位的清零操 作。(当进位标志灯“亮”时，表示 CY=1)。 （2）用二进制数据开关向 DR1 和 DR2 寄存器置数 首先关闭 ALU 输出三态门（CBA=000）、CE=0，开启输入三态门（SW-B=1），设置 数据开关，向 DR1 中存入 01010101（55H），向 DR2 中存入 10101010（AAH）。操作 步骤如下：
F=A 加 A 加 1 F=(A+B)加 A/B 加 1 F=A 减 B F=A/B F=A 加 AB 加 1 F=A 加 B 加 1 F=(A+/B)加 AB 加 11 F=AB F=A 加 A 加 1 F=(A+B)加 A 加 1 F=(A+/B)加 A 加 1 F=A
F=A/B F=/A+B
一 F=/(A○B
六、实验内容及结果分析
（一）.算术运算实验 （1）写操作（置数操作） 拨动二进制数据开关向ＤＲ１和ＤＲ２寄存器置数，具体操作步骤如下：
数据开关 （０１１００１０１）
三态门 【CBA=000 CE=0 SW-B=1】 寄存器ＤＲ２ （１０１００１１１） 【LDDR1=0 LDDR2=1 按单步建】
寄存器ＤＲ１ （１０１００１１１） 【LDDR1=1 LDDR2-=0 按单步键】
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1
1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
F=/(AB) F=/B
一 F=A○B
F=A 加 A/B F=(A+B)加 A/B F=A 减 B 减 1 F=A/B 减 1 F=A 加 AB F=A 加 B F=(A+/B)加 AB F=AB 减 1 F=A 加 A F=(A+B)加 A F=(A+/B)加 A F=A 减 1
实验中所用的运算器通路如图 7-1-1 所示， 其中运算器有两片 74LS181 以并/串形式构成 8 位字的 ALU。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）以 8 芯扁平线方式和数据总线相 连，运算器的 2 个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入亦以 8 芯 扁平线方式与数据总线相连，数据开关（INPUT DEVICE）用来给出参与运算的数据，经 一三态门（74LS245）以 8 芯扁平线方式与数据总线相连，数据显示灯（BUS UNIT）已和数 据总线相连，用来娴熟数据总线内容。 图 1-1-1 中 T2、T4 为时序电路产生的节拍脉冲信号，通过连接时序启停单元时钟信号 来获得，剩余均为电平控制信号。进行试验时，首先按动位于本实验装置右中侧的复位按钮 使系统进入初始待令状态，在 LED 显示器闪动位出现“P.”的状态下，按【增址】命令键使 LED 显示器自左向右第四位切换到提示符“L” ，表示本装置已进入手动单元实验状态，在 该状态下按动【单步】命令键，即可获得实验中所需的单脉冲信号，而 LDDR1，LDDR2， ALU-B、SW-B、S3、S2、S1、S0、CN、M 各电平控制信号用位于 LED 显示器上方的 26 位二进制开关来模拟，均为高电平有效。
F=（18） F=（82） F=（00） F=（DA） F=（58） F=（C2） F=（4D） F=（BF） F=（3D） F=（A7） F=（25） F=（FF） F=（7D） F=（E7） F=（65）
分析：
74LS181 逻辑功能表
方式 S0 0 1 0 1 S1 0 0 1 1 S2 0 0 0 0 S3 0 0 0 0 M=1 逻辑运算 F=/A F=/(A+B) F=/AB F=0 M=0 算术运算 CN=1 F=A F=A+B F=A+/B F=减 1（2 的补） （无进位） CN=0 （有进位） F=A 加 1 F=(A+B)加 1 F=(A+/B)加 1 F=0
数据开关
三态门 【CBA=000
（01010101）
寄存器ＤＲ１ （01010101）
CE=0 SW-B=1】
寄存器ＤＲ２
【LDDR1=1 LDDR2-=0
按单步键】
数据开关
（10101010）
（10101010） LDDR1=0 LDDR2=1
按单步建】
（3）验证带进位运算的进位锁存功能 关闭数据输出三态门 （SW-B=0） CE=0、 CBA=000， 、 使 AR=1， CN,M,,SO,S1,S2,S3 置 的状态为 101001，按【单步】键，此时数据总线单元显示的数据为 DR1 加 DR2，若进位 标志灯 CY“亮”，表示有进位；反之无进位。 结果分析： （1）在“L”状态下，按动【复位】按钮，结果进位标志灯 CY 显示灯“灭”，表示没有 进位。 （2）SW-B=1，设置数据开关，,此时，分别在 DR1、DR2 中写入数据（55H）和（AAH）。 (3 分别在 DR1、DR2 中写入数据（55H）和（AAH）相加得到（FFH），即 01010101+10101010=11111111，结果应该是没有进位的，CY 显示灯为“灭”。 【在本次实验中，我们为了验证相加后会有进位也就是试验使得 CY 显示灯“亮”，重新 设置了两个二进制数 00000001 和 11111111，分别写入 DR1 和 DR2，进行验证，结果显 示 CY 灯“亮”,有进位】) （三）逻辑运算实验 （1）写操作（置数操作） 拨动二进制数据开关向 DR1 和 DR2１）
（２）读操作（运算寄存器内容送总线） 首先关闭数据输入三态控制端（ＳＷ－Ｂ＝０），存储器控制端ＣＥ保持为０，令Ｌ ＤＤＲ１＝０，ＬＤＤＲ２＝０，然后打开 ALU 输出三态门（ＣＢＡ＝０１０），置Ｍ， Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３为 11111，再按【单步】键，数据总线单元显示ＤＲ１的内容。 把Ｍ，Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３置为１０１０１，再按【单步】键，数据总线单元显示Ｄ Ｒ,２的内容。 （3）算术运算（不带进位加） 置 CBA=010，CN，M，S0，S1，S2，S3 状态为 101001，按【单步】键，此时数据 总线单元应显示 00001100（0CH）。 结果分析： （1）当 SW-B=1 时，三态门打开。使得 LDDR1=1，LDDR2=0，按单步建，此时，数据开 关设置的二进制数 01100101 以 65H） （ 存入 DR1 中， 数据开关重新设置二进制数 10100111， 使得 LDDRQ=0，LDDR2=1，按单步建，此时，设置的数以（A7）写入 DR2 寄存器中，完成 了写操作。 （2）当ＳＷ－Ｂ＝０时，数据输入关闭；Ｍ＝１时为逻辑运算，S0，S1，S2，S3 状态 为１１１１时，Ｆ＝ＤＲ１。Ｍ=1，S０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３置为１０１０１，F=DR2。