计算机组成原理——运算器实验.doc

计算机组成原理实验报告实验一 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、 验证运算功能发生器（74LS181）及进位控制的组合功能。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，了解算数逻辑运算单元的运用。三、 实验原理实验中所用的运算器原理如下图（初略图）。其中运算器由两片74LS181以并、串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线连接，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入已连接到数据总线，数据开关（INPUT UNIT）已和数据总线连接，用来显示数据总线内容。本实验装置的控制线（CTR-IN UNIT）应与（CTR-OUT UNIT）连接，数据总线、时序电路（TIME UNIT）产生的脉冲信号（他-听）、P(1)、P(2)、P(3)本实验装置已连接，（CLK UNIT）必须选择一档合适的时钟，其余均为电平控制信号（HC-UNIT）。进行实验时，首先按动位于本实验装置右中侧的复位按钮，使系统进入初始待命状态，在LED显示器闪动出现“P”的环境下，按动增址命令键使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”，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建，即可获得实验所需的单脉冲信号，而各电平控制信号位于LED显示器左方的K25-K0二进制数据开关来模拟。注意：在进行手动实验时，必须先预置开关点电平：/Load=1,/CE=1,其余开关控制信号电平均置为0。 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 74LS245A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 E DIRF0 F1 F2 F3 US A=B Q P ALUI 74LS181 CN+4 MA0A1A2A3 B0B1B2B3 CNI S0S1S2S3Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8 CLR 74LS273D1D2D3D4D5D6D7D8 CLKQ1Q2Q3Q4 Q5Q6Q7Q8 CLR 74LS273D1D2D3D4D5D6D7D8 CLKF0 F1 F2 F3 CN+4 A=B Q PCNI ALUMM 74LS181A0A1A2A3 B0B1B2B3 S0S1S2S3 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 74LS245A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 E DIR四、 实验连接1、 八位运算器控制信号连接：位于实验装置左上方的控制信号（CTR-IN UNIT）中的（S3、S1、S0、M、/CN、LDDR1、LDDR2、LDCZY、/SW-B、/ALU-B）与位于实验装置右中方的（CTR-IN UNIT）、左下方INPUT-UNIT中的（/SW-B）右上方CTR-IN (/ALU-B)作对应连接，实验装置中上方信号Cn+4与Cn+4I相连。2、 完成上述连接，仔细检查无误后可接通电源进入实验注：实验时只要将每个实验模块所列的输入控制信号（CTR-IN UNIT）与对应的同名输出控制信号（CTR-OUT UNIT）连接即可。五、 实验仪器工作状态设定在闪动的“P”状态下按动“增址”命令键，使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”，表示本装置已进入手动单元实验状态六、 实验项目（一） 算术运算实验拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数（置数灯亮表示它所对应的数据位为1，反之为0）具体操作步骤如下图：数据开关（01100101）三态门 寄存器DR1（01100101）数据开关（10100111）寄存器DR2(10100111) CBA=001 LDDR1=1 LDDR1=0 LDDR2=0 LDDR2=1 按“STEPT” 按“STEPT” 检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（CBA=000），打开ALU输出三态门（CBA=010）,当置S3、S2、S1、S0、M为11111时，总线指示灯（BUS-DISP UNIT）显示DR1中的数，而置10101时总线指示灯将显示DR2中的数。 算术运算（不带进位加）的实验方法：置CBA=010，S3、S2、S1、S0、M、/CN状态为100101，LDCYZ=0，此时数据总线上的显示灯为00001100（0CH）。（二） 进位控制实验（1） 进位标志清零具体操作方法如下： 关闭数据输入三态（CBA=000），S3、S2、S1、S0、M的状态置为00000，/N=1，LDCZY=0，LDCZY状态置为1，按动单步命令键。注：进位标志指示灯CY亮表示进位标志为1，有进位；反之为0，无进位。（2） 用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数 首先关闭ALU输出三态门（CBA=000），开启数据开关输入三态门（CBA=001），设置数据开关，列如向DR1存入01010101，向DR2存入10101010.具体操作步骤同上。 （3）验证带进位运算及进位锁存功能，使/CN=1，LDCZY=1，来进行进位算术运算。列如：做加法运算，首先向DR1、DR2置数，然后关闭数据输入三态（CBA=000）、打开ALU输出三态门（CBA=010），S3S2S1S0M状态为10010，此时数据总线上显示的数据位DR1DR2加当前进位标志，这个结果是否产生进位，则要按动单步命令键，若进位标志（CY）灯亮，表示有进位：反之无进位。 （三）逻辑运算实验 拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数分别为65H、A7H（置数灯亮表示它所对应的数据为“1”，反之为“0”），具体操作步骤同上。 检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态（CBA=000）,打开ALU输出三态门（CBA=010）,当置S3S2S1S0M为11111时，总线指示灯（BUS-DISP UNIT）显示DR1中的数，而置10101时总线指示灯显示DR2中的数。逻辑或非运算的方法是置CBA=010，S3S2S1S0M状态为00011，此时数据总线上的显示灯应为00011000（18H）。七、 实验思考验证74LS181的算术逻辑运算功能。在给定DR1=65、DR2=A7的情况下改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下表，冰河理论分析进行比较、验证。DR1DR2S3 S2 S1S0M=0(算术运算)M=1(逻辑运算)CN=1无进位CN=0有进位65A70000F=65F=66F=9A0001F=E7F=E8F=180010F=7DF=7EF=820011F=11111111F=00000000F=000000000100F=10100101F=10100110F=110110100101F=00100111F=00101000F=010110000110F=10111101F=10111110F=110000100111F=00111111F=01000000F=010000001000F=10001010F=10001011F=101111111001F=00001100F=00001101F=001111011010F=10100010F=10100011F=101001111011F=00100100F=00100101F=001001011100F=11001010F=11001011F=111111111101F=01001100F=01001101F=011111011110F=11100010F=11100011F=111001111111F=01100100F=01100101F=01100101八、 总结：1、 为了确保输入数据不会丢失，在每一次置