实验一运算器实验

实验一运算器实验
简介：运算器是数据的加工处理部件，是CPU的重要组成部分，各类计算机的运算器结构可能有所不同，但是他们的最基本的结构中必须有算术/逻辑运算单元、数据缓冲寄存器、通用寄存器、多路转换器的数据总线的逻辑构件。

一、实验目的
1、了解算术逻辑运算器（74LS181）的组成和功能。

2、掌握基本算术和逻辑运算的实现方法。

二、实验内容
运用算术逻辑运算器74LS181 进行有符号数/无符号数的算术运算和逻辑运算。

三、实验元器件
1、算术逻辑运算器（74LS181）。

2、三态门（74LS244、74LS245）及寄存器（74LS27
3、74LS373）。

3、二进制拨码开关SW-SPDT
四、实验原理
图1.1运算器电路原理图
本实验的算术逻辑运算器电路如图 1.1所示：输入和输出单元跟上述实验相同：缓冲输入区八位拨码开关用来给出参与运算的数据，并经过三态门74LS245 和数据总线BUS相连，在控制开关SW_BUS处于高电平时允许输出到数据总线。

运算器则由两个74LS181以串行进位形式构成8位字长的算术/逻辑运算单元（ALU）：ALU_L4B的进位输出端CN+4与ALU_H4B的进位输入端CN相连，使低4位运算产生的进位送进高4位运算中。

其中ALU_L4B为低4位运算芯片，参与低四位数据运算，ALU_H4B为高4位运算芯片，参与高四位数据运算。

ALU_L4B的进位输入
端CN通过三态门连接到二进制开关CN，控制运算器仅为，ALU_H4B的进位输出端CN+4经过反相器74LS04，通过三态门接到溢出标志位CF指示灯（CF=1，即ALU运算结果溢出）。

ALU 除了溢出标志位CF外，还有两个标志位：零标志位ZF（ZF=1，即ALU运算结果为0，ZF对应发光二极管点亮）和符号标志位SF（SF=1，即运算结果为负数；SF=0 即运算结果为正数或0对应发光二极管点亮）。

图 1.2 运算器通路图
ALU 的工作方式可通过设置两个74181芯片的控制信号（S0、S1、S2、S3、M、CN）来实现, 其74LS181逻辑功能表由表1-1给出，运算器ALU 的输出经过三态门（两片74LS244或一片74LS245）和数据总线BUS 相连。

当二进制控制开关CBA=010状态时，通过138译码选通输出ALU_BUS运算器运行结果。

运算器ALU 的两个数据输入端分别由两个数据暂存器（74LS273）DR1、DR2 锁存，74LS181 将DR1、DR2 内的数据作为上述表 1.1中参与运算的数 A 和B。

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。

数据缓冲寄存器DR1、DR2 的输入端D0~D7连至8位数据总线BUS，在DR1_CLK和DR2_CLK 端出现上升沿跳变的时候，总线BUS的数据分别打入DR1、DR2锁存。

五、实验步骤
1、二进制拨码开关初始状态确定
运行仿真，拨动二进制拨码开关设定均为低电平状态（如图1.2所示）。

1.2二进制开关单元
2、将65H和A7分别写入到数据换从寄存器DR1和DR2，拨码开关向数据暂存器DR1、DR2 分别打入有符号数+65H，A7（即A= 65H，B= A7 ）。

3、通过拨动M、CN、S3、S2、S1、S0控制运算器进行运算，将结果填入表格1-2.
改变运算器的控制信号(M,CN,S3,S2,S1,S0)的组合，运算器运算结果通过74LS138译码器CBA=010译码输出ALU_BUS，观察运算器结果输出值和标志位状态，填入表1.2中，并与理论值比较、验证4LS181的功能。

六、实验结果与分析
1、完成实验步骤2，在显示结果后将指示灯显示的值与输入的数据进行比较；
2、完成实验步骤3，填写运算器功能实验表1.2，比较理论分析值与实验结果值；并对结果进行分析。

（要求有详细的理论数据对比）
七、实验思考题
1、74LS181 组成的运算器通路，可以区分有符号数运算和无符号数运算么？两者的运算过程有不同么？两者的数值表示范围各是多少？
2、在74181 组成的运算器通路中，输入锁存器DR1、DR2的作用是什么？运算结果输出端连接的245 缓冲器的作用是什么？
和。

“○+”表示逻辑异或，“/”表示逻辑非，“AB” 逻辑与。