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(完整word版)计算机组成原理实验指导书.pdf
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(完整 word 版)计算机组成原理实验指导书
实验一 8 位算术逻辑运算实验
一、实验目的
1、掌握算术逻辑运算器单元 ALU(74LS181)的工作原理。
2、掌握简单运算器的数据传送通路组成原理.
3、验证算术逻辑运算功能发生器 74LSl8l 的组合功能.
4、按给定数据,完成实验指导书中的算术/逻辑运算。
二、实验内容
1、实验原理
实验中所用的运算器数据通路如图 1。1 所示。其中运算器由两片 74LS181 以并/串形成 8
位字长的 ALU 构成.运算器的输出经过一个三态门 74LS245 (U33)到 ALUO1 插座,实验时用 8
芯排线和内部数据总线 BUSD0~D7 插座 BUSl~6 中的任一个相连,内部数据总线通过 LZDO~LZD7
显示灯显示;运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器 74LS273(U29、U30)锁存,两个锁存器
的输入并联后连至插座 ALUBUS,实验时通过 8 芯排线连至外部数据总线 EXD0~D7 插座 EXJl~EXJ3
中的任一个;参与运算的数据来自于 8 位数据开并 KD0~KD7,并经过一三态门 74LS245(U51)直
接连至外部数据总线 EXD0~EXD7,通过数据开关输入的数据由 LD0~LD7 显示.
图 1。1 中算术逻辑运算功能发生器 74LS18l(U3l、U32)的功能控制信号 S3、S2、Sl、S0、
CN、M 并行相连后连至 SJ2 插座,实验时通过 6 芯排线连至 6 位功能开关插座 UJ2,以手动方式
用二进制开关 S3、S2、S1、S0、CN、M 来模拟 74LSl8l(U31、U32)的功能控制信号 S3、S2、S1、
S0、CN、M;其它电平控制信号 LDDRl、LDDR2、ALUB’、SWB’以手动方式用二进制开关 LDDRl、
LDDR2、ALUB、SWB 来模拟,这几个信号有自动和手动两种方式产生,通过跳线器切换,其中 ALUB’、
SWB’为低电平有效,LDDRl、LDDR2 为高电平有效。
另有信号 T4 为脉冲信号,在手动方式下进行实验时,只需将跳线器 J23 上 T4 与手动脉冲
发生开关的输出端 SD 相连,按动手动脉冲开关,即可获得实验所需的单脉
冲.
2、实验接线
本实验用到 4 个主要模块:
(1)低 8 位运算器模块
(2)数据输入并显示模块
(3)数据总线显示模块
(4)功能开关模块(借用微地址输入模块)。
根据实验原理详细接线如下:
(1)ALUBUS 连 EXJ3;
(2)ALU01 连 BUSl;
(3)SJ2 连 UJ2;
- 1 -
(完整 word 版)计算机组成原理实验指导书
(4)跳线器 J23 上 T4 连 SD;
(5)LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB 四个跳线器拨在左边(手动方式);
(6)AR 跳线器拨在左边,同时开关 AR 拨
在“1”电平。
3、实验步骤
(1)连接线路,仔细查线无误后,接通电源。
(2)用二进制数码开关 KD0~KD7 向 DRl 和 DR2 寄存器置数。
方法:关闭 ALU4 输出三态门(ALUB’=1),开启输入三态门(SWB’=0),输入脉冲 T4 按手动
脉冲发生按钮产生.设置数据开关具体操作步骤图示如下:
KD7~KD0
00110101
数据开关置数
ALUB=1
SWB=
0
开输入三态门
LDDR1=1
LDDR2=0
T4=
数据存入寄存
器 DR1
KD7~KD0
01001000
数据开关置数
ALUB=1
SWB=
0
LDDR1=0
LDDR2=1
T4=
开输入三态门
数据存入寄存
器 DR2
说明:LDDRl、LDDR2、ALUB'、SWB’四个信号电平由对应的开关 LDDRl、
LDDR2、ALUB、SWB 给出,拨在上面为“1”,拨在下面为“0”,电平值由对应的显示灯显示, T4
由手动脉冲开关给出。
(3)检验 DRl 和 DR2 中存入的数据是否正确,利用算术逻辑运算功能发生器 74LSl 8l 的逻
辑功能进行验算,即 M=1。具体操作如下:关闭数据输入三态门 SWB'=1,打开 ALU 输出三态门
ALUB'=0,当置 S3、S2、S1、S0、M 为 11111 时,总线指示灯显示 DR1 中的数,而置成 10101 时
总线指示灯显示 DR2 中的数
(4)验证 74LSl81 的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)
在给定 DRl=35、DR2=48 的情况下,改变算术逻辑运算功能发生器的功能设置,观察运算器
的输出,填入实验报告表中,并和理论分析进行比较、验证。
三、实验电路
本实验中使用的运算器数据通路如图 1.1 所示。
四、74LS181 功能表
实验中用到的运算器 74LS181 功能表如表 1。1 所示。
表 1.1 运算器 74LS181 功能表(正逻辑)
4 位 ALU S3 S2 S1 S0
M=0(算数运算) M=1
- 2 -
(完整 word 版)计算机组成原理实验指导书
Cn=1
无进位
Cn=0
有进位
F=A 加 1
F=(A+B)加 1
F=(A+ B)加 1
F=0
F=A 加(A*B)加 1
F=A 减 B
F=(A*B)
F=A 加 A*B 加 1
F=A 加 B 加 1
F=(A+ B)加 A*B 加 1
F=A*B
F=A 加 A 加 1
F=(A+B)加 A 加 1
F=(A+ B)加 A 加 1
F=A
(逻辑运算)
F= A
F=(A+B)
F= A*B
F=0
F= (A*B)
F=(A
⊕
B)
F=(A* B)
F= A+B
F= (A
⊕
B)
F=B
F=A*B
F=1
F=A+B
F=A+B
F=A
0
0 0 0
F=A
F=A+B
F=A+B
F=减 1
F=A 加(A*B)
F=A 减 B 减 1
F=(A*B)减 1
F=A 加 A*B
F=A 加 B
F=(A+B)加 A*B
F=A*B 减 1
F=A 加 A
F=(A+B)加 A
F=(A+B)加 A
F=A 减 1
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
F=(A+B)加(A*B) F=(A+B)加(A* B)加 1 F= B
其中:“+"表示或运算;“*"表示与运算;“⊕”表示异或运算
- 3 -
图
1
。
1
运
算
器
数
据
通
路
(完整 word 版)计算机组成原理实验指导书
五、实验数据
1、实验数据记录
加数 1
DR1
加数 2
DR2
M=0(算术运算)
S3 S2 S1 S0
Cn=1
无进位
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
Cn=0
有进位
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
M=1
(逻辑运算)
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
0 0 1 1
0 1 0 0
48
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
35
- 4 -
(完整 word 版)计算机组成原理实验指导书
1 0 1 1 F= F= F=
1 1 0 0 F= F= F=
1 1 0 1 F= F= F=
1 1 1 0 F= F= F=
1 1 1 1 F= F= F=
2、 理论计算结果
M
=
0
(算术运算)
加数
1
加数
2
S3 S2 S1 S0
Cn=1 Cn=0
M
=
1
DR1 DR2
无进位
(逻辑运算)
有进位
0 0 0 0 F
=(
35
)
F
=(
36
)
F
=(
CA
)
0 0 0 1 F
=(
7D
)
F
=(
7E
)
F
=(
82
)
0 1 0 1 F
=(
B2
)
F
=(
B3
)
F
=(
B7
)
35 48
0 1 1 1 F
=(
34
)
F
=(
35
)
F
=(
35
)
1 0 1 1 F
=(
FF
)
F
=(
00
)
F
=(
00
)
1 1 0 0 F
=(
6A
)
F
=(
6B
)
F
=(
FF
)
1 1 0 1 F
=(
B2
)
F
=(
B3
)
F
=(
B7
)
1 1 1 1 F
=(
34
)
F
=(
35
)
F
=(
35
)
六、思考题
1、在向 DR1 和 DR2 寄存器置数时 S3、S2、S1、S0、M、Cn 如何设置?
2、DR1 置数完成后,如果不关闭控制端,LDDR1 会怎样?
3.为什么在读取 74LS181 的输出结果时要打开输出三态门的控制端 ALUB’
- 5 -
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