掌握运算器的组成及工作原理.docx

1、掌握运算器的组成及工作原理实验一 运算器实验一、实验目得: 1。掌握运算器得组成及工作原理;2.了解4位函数发生器74S1得组合功能,熟悉运算器执行算术操作与逻辑操作得具体实现过程；3. 验证带进位控制得74L181得功能。二、预习要求：1 复习本次实验所用得各种数字集成电路得性能及工作原理； 预习实验步骤,了解实验中要求得注意之处。三、实验设备: EY-II型计算机组成原理实验系统一套,排线若干.四、电路组成:B07 本模块由算术逻辑单元A 7LS181（U29、U3)、暂存器4L273(U7、)、三态门7LS24（3）与进位控制电路GL芯片（U2）等组成。电路图见图11（)、1-（b).图

2、11(a)ALU电路 图1（b)GL芯片进位控制电路算术逻辑单元LU就是由两片74L11构成。4LS181得功能控制条件由S3、S2、S1、S0、 M、n决定。高电平工作方式7L8得功能、管脚分配与引出端功能符号详见表11、图1-2与表1。 两片423构成两个八位数据暂存器,运算器得输出采用三态门74LS4。它们得管脚分配与引出端功能符号详见图1-与图14。 图2 7LS81管脚分配 表1- LS181输出端功能符号718功能表见表11,其中符号“+”表示逻辑“或”运算，符号“”表示逻辑“与运算，符号“/表示逻辑“非运算，符号“加”表示算术加运算，符号“减”表示算术减运算。 选择 M=1 逻辑

3、操作 0 算术操作S3 2 S 0=1（无进位)Cn=0（有进位） 0 0=/A F=AF=A加10 0 0 1F=/（A)F=F=（A+）加1 0 1 0F=/A*F=+/BF=(A+)加10 0 1 1F=F=减（2得补)F=0 1 0 0F=/(AB）F=加A/F=A加A*/B加0 1 0 1F=/F=（+)加A/BF=（A+B）加A/B加1 1 F=(/AB+A*/） F=A减B减1FA减B 1 1 1=A/B=*减1F=*B1 0 0F=/ABF=A加ABFA加A加1 1 0 0 1F=/（AB*）F=A加B=A加B加1 1 0 1 0F=BF(A+/)加A*BF=(/B)加A*加1

4、 0 1 1 F=ABF=A*B减F=1 1 0F=1F=A加AF=A加加11 1 0 FA/BF=（B）加AF=（A+）加A加1 1 1 1 0FA+BF=（A+/)加AF=（A+/B)加A加11 1 1 F=AF=A减1F=A表11 4L181功能表 图-3（a) 4S273管脚分配 图3(b）74LS73功能表 图1（） LS24管脚分配 图1-（b) 74LS244功能五、工作原理: 运算器得结构框图见图15: 算术逻辑单元ALU就是运算器得核心。集成电路L181就是位运算器,两片74L11以并串形式构成位运算器.它可以对两个八位二进制数进行多种算术或逻辑运算,4LS1 有高电平与低电

5、平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出,低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式.三态门L4作为输出缓冲器由LUG信号控制，ALU-G为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；LU-G为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻.两片LS273作为两个八位数据暂存器，其控制信号分别为LR1与LDR,当LDR1与LD2为高电平有效时，在T4脉冲得前沿,总线上得数据被送入暂存器保存。 六、实验内容：验证7LS81运算器得逻辑运算功能与算术运算功能。七、实验步骤:、单片机键盘操作方式实验注：在进行单片机键盘控制实验时，必须把开关4置于“F”状态,否则系统处于自锁状态,无法进行实验。1、实验

6、连线（键盘实验）：实验连线图如图1-6所示。 (连线时应按如下方法：对于横排座,应使排线插头上得箭头面向自己插在横排座上;对于竖排座,应使排线插头上得箭头面向左边插在竖排座上.）BD7BD0数据总线C1 、C6 E5 E4 F5 E3 F4控制总线 图16 实验一 键盘实验连线图2。实验过程： 在监控指示灯滚动显示【CLSS SLECt】时按【实验选择】键，显示【ES- _】输入01或1,按【确认】键，监控指示灯显示为【E01】,表示准备进入实验一程序，也可按【取消】键来取消上一步操作,重新输入。再按【确认】键，进入实验一程序,监控指示灯显示【InSt】,提示输入运算指令，输入两位十六进制数(

7、参考表13与表1-1)，选择执行哪种运算操作。按【确认】键,监控指示灯显示【o=0】，此处o相当于表1中得M，默认为“0”，进行算术运算，也可以输入“1”，进行逻辑运算.按【确认】，显示【C=】,默认为“0”,由表1-可见，此时进行带进位运算,也可输入“”，不带进位运算（注：如前面选择为逻辑运算，则Cn不起作用)。按【确认】，显示【Ar】,不用改变，使用默认值“1”,按【确认】，显示【AT】,提示输入第一个数据，输入十六进制数【34】,按【确认】，显示【DATA】，提示输入第二个数据,输入十六进制数【B】，按【确认】键,监控指示灯显示【FNIH】,表示运算结束，可从数据总线显示灯观察运算结果.

8、再按【确认】后监控显示灯显示【ES】，可执行下一运算操作.运算指令( S3 S2 S S0）输入数据（十六进制)0 0 0 00或0 0 101或10 0 1 02或0 0 1 103或0 1 0 4或0 1 0 105或50 06或6 1 1 7或71 0 0 00或81 0 0 109或91 1 0A或A1 0 1 10B或B1 1 0 00或C1 1 0 10或D1 1 1 0 0E或E1 10F或F表13 运算指令关系对照表在给定LT134、LT26H得情况下，改变运算器得功能设置,观察运算器得输出，填入表中,并与理论值进行比较与验证: T1 LT2S3S2S 0(算术运算） M=1（

9、逻辑运算） Cn1（无进位)C 0（有进位) 34H B6H00或0 F F= = 01或1 F F= F=0或 F= F= 或 F= = F=04或4 F= = =5或 F= =或6 F= F =07或7 F= F= F=0或 F= F F=9或9 F= F= F=A或 F= F= F=0B或B F= F= =C或C F= F=0或 = =0E或E F= F=0或F F= F F=、开关控制操作方式实验注：为了避免总线冲突,首先将控制开关电路得AUG与CG拨到输出高电平“1”状态(所对应得指示灯亮.)本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”,指示灯灭代表低电平“0”. 1.按图

10、1-7接线图接线： 连线时应注意:为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上得箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上得箭头面向左边插在竖排座上. LUJ1 运算器电路 SSS1MCn LUG A LD LDR2 读写控制电路 4 BD 、 B数据总线B7 、 B0 DIJ J-数据输入电路 C-G S3SS1SMC AUG AR LR1 LDR2 控制开关电路 T fn f/8 脉冲源及时序电路 图17 实验一 开关实验 接线图 2 、 通过数据输入电路得拨开关开关向两个数据暂存器中置数：注意：本实验中AU-G与C-不能同时为0，否则造成总线冲突，损坏芯片！故每次实验时应时刻保持

11、只有一路与总线相通.）置U1:关闭AU得三态门U3(74S244）;再置C-G=：打开数据输入电路得三态门；2) 向数据暂存器LT1（U2，74L73)中置数:(1）设置数据输入电路得数据开关“DD0”为要输入得数值，如“101 101”；（2)置LD11：使数据暂存器LT1(27，S23)得控制信号有效,置 DR0：使 数据暂存器L2（28，74LS273)得控制信号无效;(3）按一下脉冲源及时序电路得【单脉冲】按钮，给暂存器LT1（U7,7LS273）送时钟,上升沿有效，把数据存在LT1中. )向数据暂存器L（28,74S273)中置数：（1)设置数据输入电路得数据开关“DD0”为想要输入

12、得数值，如“1010 11”;(2)置LDR1=0:数据暂存器LT1得控制信号无效;置LDR21:使数据暂存器2得控制信号有效。 （)按一下脉冲源及时序电路得“单脉冲”按钮,给暂存器LT1（27，74LS2）送时钟,上升沿有效，把数据存在LT2中. (4）置R1=0、LD2=0，使数据暂存器1、LT得控制信号无效。 ）检验两个数据暂存器LT与LT中得数据就是否正确：(1）置C-G=1，关闭数据输入电路得三态门，然后再置ALUG=，打开LU得三态门;（)置“32S1SM为“111,数据总线显示灯显示数据暂存器1中得数 “01010101”，表示往暂存器LT1置数正确; (3)置“S3S1S0”为

13、“1011”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT中得数 “110 1010”,表示往暂存器L2置数正确。 3验证4LS181得算术与逻辑功能：1LT2S3S2S1S00(算术运算）M=1（逻辑运算）Cn=1（无进位）n （有进位)34HB6H0 0 00F=0 0 0 1F=F=0 10FF=F=0 0 1 1F=F 1 0FFF=0 10 1F=F=F=0 1 0FF=F=0 11 1F=F=1 0 0 0F=F=1 0 1F=F=F1 0 1 0FF=F=1 0 F=F1 1 0 FFF= 0F=1 1 1 F=F=1 1 1 1F=FF=按实验步骤往两个暂存器LT1与LT2分别存十六进制数

14、“34H与“B6H”,在给定LT1=4、L2=B6H得情况下,通过改变“S3SS10MCn”得值来改变运算器得功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器得输出值F,填入下表中,参考表11得功能表,分析输出F值就是否正确。 .验证带进位控制得算术运算功能发生器得功能:1）进位标志CY清零:进位标志指示灯CY初始状态为灭,表示当前进位为“1”，可按如下步骤对它进行清零操作。（1)置S3 S S0 M=“000，AR=0（AR为进位控制信号）;（2）按一下脉冲源及时序电路得【单脉冲】按钮,进位标志指示灯CY亮,表示当前进位为“0”。2）验证带进位运算及进位得锁存功能：(1）首先将控制开关电路得所有

15、开关拨到输出高电平“1”状态，所有对应得指示灯亮。(）置UG1:关闭ALU得三态门3（42)；再置C=:打开数据输入电路得三态门；（3）置数据输入电路得数据开关“D0”“1”， 置 LD1=1，使数据暂存器LT(U27,4LS3）得控制信号有效，置 LD2=0，使 数据暂存器L(2,4LS273)得控制信号无效，按一下脉冲源及时序电路得【单脉冲】往暂存器T1存入数据“1000”。（4）置数据输入电路得数据开关“DD”=“0111 1”， 置 LDR=0,使 数据暂存器T（U28，74S273）得控制信号无效, 置 LDR=1，使数据暂存器T2(27，4LS23)得控制信号有效,按一下脉冲源及时

16、序电路得【单脉冲】往暂存器LT存入数据“01 11”，然后置LR20,使数据暂存器LT2（2，L273）得控制信号无效,准备执行下一步操作。（5)置CG=1,关闭数据输入电路得三态门,然后再置AG0,打开ALU得三态门,置“S1S0M”为“11111”,数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中得数“100 0000”，表示往暂存器LT置数正确；置“S3S2S1S0为“1001”，数据总线显示灯显示数据暂存器L2中得数“11111”，表示往暂存器LT置数正确。(6)置AU-0（注意先使-G=1),S3SS1S0M=“10010， C=1，不带进位操作,R=，参考表1可知此时执行“F=加B”操作，数据

17、总线上显示 “1 111 ,即“1000 000”加“01 11”得结果。保持D10与D20，检查就是否产生进位溢出,按一下【单脉冲】，进位指示灯CY亮，表示无进位溢出;(7)置ALU=0（注意先使C=1），S3S1S0M=“0”, =0,即当前进位为, AR,参考表1可知此时执行“F=加B加1”操作，数据总线上显示 “00 00 ”,即“00 0000加“0 111”加“”得结果, 保持L1=0与LR，检查就是否产生进位溢出，按一下【单脉冲】,进位指示灯Y熄灭,表示有进位溢出；、PC机联机操作方式实验1实验连线:实验连线图与采用单片机键盘操作方式实验连线图一样,如图6所示。2实验步骤: 1）

18、、 将实验系统与计算机串口用实验系统得通讯电缆连接; 3)、 打开实验系统上得电源开关,启动实验软件：启动过程为开始菜单程序计算机组成原理试验系统计算机组成原理试验系统，也可以为该系统软件在桌面上建立快捷方式; 根据提示设置相应参数（下图）:（本系统为8位机） 选择与计算机相连得串口,按【确定】进入下一步骤。 4)、 在下面得界面中,按【确定】后,再按键盘上【联机】键，系统监控指示灯上显示【PCon】,然后显示【8】，表示联机通讯成功，如果没有显示【PcCn】就显示【8】,则联机通讯没有成功，可检查系统.5）、 联机通讯成功后，自动进入实验选择界面： 点击试验一前面得“+”号，再点击试验说明,查瞧试验步骤过程，然后点击试验步骤，出现下面得界面： （1)、 在数据总线上输入有效十六进制数据,按Lr1，数据送入暂存器，观察数据得走向； (2）、 在数据总线上输入有效十六进制数据，按”Lr2，数据送入暂存器,观察数据得走向;()、参考实验一得功能表表11，在3、上输入有效数据组合,然后点击其上面得红色区域进行运算,运算器按规定进行运算,运算结果送入三态门,观察数据得走向; (4)、 按”AG”,运算结果送入数据总线，观察数据得走向,观察数据总线指示灯显示得结果就是否正确.八、实验报告要求： 1实验记录：所有得运算结果,故障现象及排除经过; 2.通过本次实验得收获及想法。