计算机组成原理 运算器实验—算术逻辑运算实验

实验报告

一、实验名称

运算器实验—算术逻辑运算实验

二、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：○1SW-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）、用输

入开关向寄存器DR1置数。

○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、关闭三态门：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

（01100101）

寄存器DR1 (01100101)

打开 三态门

寄存器DR2 (10100111)

数据开关

（10100111）

打开 三态门

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，

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