实验一---运算器实验(1)

级班学号姓名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送通路；2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能；3、验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能；4、按指定数据完成几种指定的算术运算。二、实验设备DVCC-C5JH计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三、实验原理1、实验中所用的运算器数据通路图如附A图1-3所示。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）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关（“INPUTDEVICE”）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连，数据显示灯（“BUSUNIT”）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。2、控制信号说明：T4：脉冲信号；实验时，将W/RUNIT的T4接至STATEUNIT的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。S3~S0、M：运算器的功能控制信号；可参见74181芯片的功能表P64。Cn：进位控制信号，低电平有效。LDDR1、LDDR2：数据寄存器DR1和DR2的数据装载控制信号，高电平有效。ALU-B：该控制信号控制是否将ALU的结果送到总线上，低电平有效。SW-B：三态门开关信号，控制是否打开三态门，低电平有效。四、实验内容1、算术逻辑运算实验：实验步骤：①按图1-2连接路线，仔细检查无误后，接通电源；②用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。A）数据开关置01100101；B）设置switchunit：ALU-B=1SW-B=0LDDR1=1LDDR2=0C）按动KK2给出一个单脉冲信号，即T4=┎┒D）数据开关置10100111；E）设置switchunit：LDDR1=0LDDR2=1F）按动KK2给出一个单脉冲信号。③检验DR1和DR2中存的数是否正确：A）设置switchunit：SW-B=1ALU-B=0B）设置switchunit：当S3S2S1S0M=00000，总线显示灯显示DR1中的数，而置为S3S2S1S0M=01010，总线显示灯显示DR2中的数。④验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能：[给定A=（DR1）=65H，B=（DR2）=A7H]A）改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下表：DR1DR2S3S2S1S0M=1（算术运算）M=0（逻辑运算）Cn=1（无进位）Cn=0（有进位）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）根据得出的数据进行分析，验证74LS181的功能。关闭实验箱电源。分析结果：（1）SW-B=0时有效，SW-B=1时无效，因其是低电平有效，ALU-B=0时有效，ALU-B=1时无效，因其是低电平有效，S3、S2、S1、S0高电平有效。（2）输入三态门控制端SW-B和输出三态门控制端ALU-B不能同时为“0”状态，否则存在寄存器中的数据无法准确输出。(3)S3、S2、S1、S0是运算选择控制端,有它们决定运算器执行哪一种运算;M是算术逻辑运算选择,M=0时,执行算术运算,M=1时,执行逻辑运算;Cn是算术运算的进位控制端，Cn=0(低电平)，表示有进位，运算时相当于在最低位上加进位1，Cn=1(高电平)，表示无进位。逻辑运算与进位无关;、ALU-B是输出三态门控制端，控制运算器的运算结果是否送到数据总线BUS上。低电平有效。SW-B是输入三态门的控制端，控制“INPUTDEVICE”中的8位数据开关D7～D0的数据是否送到数据总线BUS上，低电平有效。2、进位控制实验：实验步骤：①在前面实验的基础上，对照图1-4连接好线路，并检查无误后，接通电源；②分别向DR1和DR2置下表的一组数值，然后设置SW-B=1。③验证带进位运算及进位锁存功能：a）进位标志清零：在switchunit中设置：S3S2S1S0=0000M=0AR=0LDDR1=0LDDR2=0，然后按动KK2，使CY灯亮；（注意：清0时DR1寄存器中的数不等于FF）b）运算：在switchunit中设置：M=0AR=0S3S2S1S0=1001LDDR1=0LDDR2=0；当按动KK2时，可以查看运算结果有无进位，当CY灯亮时无进位，否则有进位。c）分别设置Cn的状态，查看运算的结果。（Cn=0有进位；Cn=1，无进位）d）填写结果于下表中。④回到②做下一组数的运算。（你可以用其他的数据进行验证，把验证的结果写在空行中）DR1DR2CnCY灯（亮/暗）输出结果01010101101010100暗0000000001010101101010101亮1111111110110001000111100亮1101000010110001000111101亮1100111111111101000010100暗0000100011111101000000101暗00001000实验思考题：1、在“1、算术逻辑运算实验”中，根据实验的结果进行分析：⑴当S3S2S1S0=1110M=1时运算器得到的结果与S3S2S1S0=0001M=0时得到的结果有无不同；⑵当S3S2S1S0=0110M=0Cn=1时与S3S2S1S0=0110M=0Cn=0时有什么不同，分别表示什么运算，运算中采用的是原码运算还是补码运算？答:(1)得到的结果相同(2)两者之间差1当M=0,Gn=0时,无进位,F=A-B-1,当Gn=1时有进位,F=A-B;运算中采用的是补码运算2、⑴在“2、进位控制实验”中，AR信号的作用是什么，试根据运算器数据通路图进行解释。⑵试试：如果在步骤③的b）中不把LDDR1和LDDR2同设置为0，而将其中之一设置为0，另一设置为1，当S3S2S1S0=1001M=0时会有什么情况发生。是什么数在进行运算？答AR的作用是控制将进位信号送到运算器的末位进行运算；不把LDDR1和LDDR2同设置为0，而将其中之一设置为0，另一设置为1，当S3S2S1S0=1001M=0时，数据显示的将会是设置为0的数，最终运算的是设置为0的数，由于另一个数没有参与运算，最后输出的还是那个数。实验总结:通过这次实验我理解了运算功能发生器（74LS181）的组合功能和简单运算器的数据传送通路,同时明白了逻辑与运算的区别,提高了动手能力附A：