计算机组成原理运算器实验—算术逻辑运算实验

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）。

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

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：

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。