運算器實驗

實驗環境

計算機組成原理實驗環境

實驗目的

掌握算術邏輯運算單元的工作原理。

熟悉簡單運算器的電路組成。

熟悉 4 位運算功能發生器（74LS181）的算術、邏輯運算功能。

實驗要求

做好實驗預習，看懂電路圖，熟悉實驗中所用芯片各引腳的功能和連接方法。

按照實驗內容與步驟的要求，認真仔細地完成實驗。

寫出實驗報告。

實驗電路

本實驗用到的主要數字功能器件有：4 位算術邏輯運算單元 74LS181 ，8 位數據鎖存器 74LS273 ，三態輸出的 8 組總線收發器74LS245 ，單脈沖、開關、數據顯示燈等。芯片詳細說明請見芯片數據手冊。

圖 1 為本實驗所用的運算器電路圖，圖中尾巴上帶加粗標記的線條為控制信號線，其余為數據線。實驗電路中涉及的控制信號如下：

M：選擇ALU 的運算模式（M=0，算術運算；M=1，邏輯運算）。

S3，S2，S1，S0：選擇ALU 的運算類型，例如在算術運算模式下設為1001則 ALU 做加法運算，詳見 74LS181功能表 3-1。

Cn ：向 ALU 最低位輸入的進位信號， Cn=0 時有進位輸入， Cn=1時無進位輸入。

Cn+4：ALU 最高位向外輸出的進位信號，為 0 時有進位輸出，為 1 時無進位輸出。

P1：脈沖信號，在上升沿將數據打入 DR1。74LS273 觸發器在時鐘輸入為高電平或低電平時，輸入端的信號不影響輸出，僅僅在時鐘脈沖的上升沿，輸入端數據才會發送到輸出端，并將數據鎖存。

P2：脈沖信號，在上升沿將數據打入 DR2 。

MR ：芯片 74LS273的清零信號，低電平有效。當 MR為電平時，74LS273 的數據輸出引腳被置零。

ALU-BUS ：ALU 輸出三態門使能信號，為 0 時將 74LS245 輸入引腳的值從輸出引腳輸出，從而將 ALU 運算結果輸出到數據總線。

SW-BUS ：開關輸出三態門使能信號，為 0 時將 SW7~SW0數據送到數據總線。

實驗原理

???????運算器實驗電路如圖 1 所示。兩片 4 位的 74LS181 構成了 8 位字長的 ALU。兩個 8 位的 74LS273 作為工作寄存器 DR1 和 DR2，用于暫存參與運算的操作數。參與運算的數據由數據開關通過三態門 74LS245 送入工作寄存器，ALU 的運算結果也通過三態門74LS245 發送到數據顯示燈上。

???????參與運算的操作數由 SW7~SW0 共 8 個二進制開關來設置，當 SW-BUS=0 時，數據通過三態門 74LS245 輸出到 DR1 和 DR2 。DR1 接 ALU 的 A 輸入端口，DR2 接 ALU 的 B 輸入端口。在 P1 的上升沿將數據打入 DR1 ，送至 74LS181 的 A 輸入端口；在P2的上升沿將數據打入 DR2 ，送至 74LS181 的 B 輸入端口。

???????ALU 由兩片 74LS181 構成，其中 74LS181(1) 做低 4 位算術邏輯運算，74LS181(2) 做高 4 位算術邏輯運算，74LS181(1) 的進位輸出信號 Cn+4 與 74LS181(2) 的進位輸入信號 Cn 相連，兩片 74LS181 的控制信號 S3 ~ S0 、M 分別相連。運算結果通過一個三態門 74LS245 輸出到數據顯示燈上。另外，74LS181(2) 的進位輸出信號 Cn+4 可另接一個指示燈，用于顯示運算器進位標志信號狀態。

實驗內容與步驟

運行虛擬實驗系統，按照圖1繪制運算器實驗電路，生成實驗電路如圖

進行電路預設置，具體步驟如下：
(1） 將 ALU-BUS 設為高電平，關閉 ALU 輸出端的三態門；
(2） 將兩片 74LS273 的 MR 都設為高電平，否則 74LS273 會一直處于清零狀態。

如下圖所示，注意開關，打開電源開關。

設置 SW7~SW0 向 DR1 和 DR2 置數。以 DR1 = 65H ，DR2 = A7H 為例，具體步驟如下：
(1） 將 SW-BUS 置 0，打開數據輸入端的三態門；
(2） 將數據開關的 SW7~SW0 置為 01100101 ；
(3） 發出 P1 單脈沖信號，在P1的上升沿，數據打入寄存器DR1；

(4） 將數據開關的 SW7~SW0 置為 10100111；
(5） 發出 P2 單脈沖信號，在 P2 的上升沿，數據打入寄存器DR2。

(6） 將 SW-BUS 置 1，關閉數據輸入端的三態門；

檢驗 DR1 和 DR2 中存的數是否正確。其具體操作如下：
(1） ALU-BUS =0，打開 ALU 輸出端的三態門；
(2） 設置 Cn=1，ALU 無進位輸入；
(3） 將 S3、S2、S1、S0、M 置為 00000 ，指示燈應顯示 DR1 中數據 01100101；
(4） 將 S3、S2、S1、S0、M 置為 10101 ，指示燈應顯示 DR2 中數據 10100111。

驗證 74LS181 的算術運算和邏輯運算功能（采用正邏輯）。在給定 DR1=65H ， DR2 = A7H 的情況下，改變運算器的功能模式，觀察運算器的輸出，并填入表 1，并和理論值進行比較、驗證。

注意：A和B分別表示參與運算的兩個數，“+”表示邏輯或，“plus”表示算術求和。

思考與分析

運算器主要由哪些器件組成？這些器件是怎樣連接的？

芯片 74LS181 沒有減法：A minus B 的指令，怎樣實現減法功能？

74LS181 有哪兩種級聯方法？分別要用到哪些引腳？哪一種速度更快？

附上完成后的結果圖

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机组成原理 运算器实验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。