计算机组成原理实验计算机组成原理实验1/25一、实验目的一、实验目的三、实验原理三、实验原理四、实验连线四、实验连线五、实验步骤五、实验步骤实验一实验一 8位算术逻辑运算实验位算术逻辑运算实验二、实验设备二、实验设备2/25一、实验目的一、实验目的1.1.掌握算术逻辑运算器单元掌握算术逻辑运算器单元ALUALU（74LS18174LS181） 的工作原理。的工作原理。2.2.掌握模型机运算器的数据传送通路组成原理。掌握模型机运算器的数据传送通路组成原理。3.3.验证验证74LS18174LS181的组合功能。的组合功能。4.4.按给定数据，完成实验指导书中的算术逻按给定数据，完成实验指导书中的算术逻辑运算。辑运算。3/25n二、实验设备（平台）二、实验设备（平台）DVCCDVCC实验机平面图实验机平面图4/25三、实验原理三、实验原理n运算器由两片运算器由两片运算器由两片运算器由两片74LS18174LS18174LS18174LS181以并以并以并以并/ / / /串形式构成串形式构成串形式构成串形式构成8 8 8 8位字长位字长位字长位字长的的的的ALUALUALUALU。n运算器的输出经过一个三态门（运算器的输出经过一个三态门（运算器的输出经过一个三态门（运算器的输出经过一个三态门（74LS24574LS24574LS24574LS245）和数）和数）和数）和数据总线相连。据总线相连。据总线相连。据总线相连。n运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS27374LS27374LS27374LS273）锁存。）锁存。）锁存。）锁存。n锁存器的输入连至数据总线，数据开关（锁存器的输入连至数据总线，数据开关（锁存器的输入连至数据总线，数据开关（锁存器的输入连至数据总线，数据开关（INPUT INPUT INPUT INPUT DEVICEDEVICEDEVICEDEVICE）用来给出参与运算的数据，并经过一三）用来给出参与运算的数据，并经过一三）用来给出参与运算的数据，并经过一三）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（态门（态门（态门（74LS24574LS24574LS24574LS245）和数据总线相连。）和数据总线相连。）和数据总线相连。）和数据总线相连。n数据显示灯（数据显示灯（数据显示灯（数据显示灯（BUS UNITBUS UNITBUS UNITBUS UNIT）已和数据总线相连，用）已和数据总线相连，用）已和数据总线相连，用）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。来显示数据总线内容。来显示数据总线内容。来显示数据总线内容。5/25n74LS18174LS181芯片外特性芯片外特性6/25n 74LS181 74LS181功能表功能表4 4位位位位ALUALUS3 S2 S1 S0S3 S2 S1 S0（算（算（算（算术术运算）运算）运算）运算）（逻辑逻辑运算）运算）运算）运算）n=1n=1无无无无进进位位位位n=0n=0有有有有进进位位位位0 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 10 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 1 10 1 0 00 1 0 00 1 0 10 1 0 10 1 1 00 1 1 00 1 1 10 1 1 11 0 0 01 0 0 01 0 0 11 0 0 11 0 1 01 0 1 01 0 1 11 0 1 11 1 0 01 1 0 01 1 0 11 1 0 11 1 1 01 1 1 01 1 1 11 1 1 1F=AF=AF=A+BF=A+BF=A+/BF=A+/BF=2F=2的的的的补补F=AF=A加（加（加（加（A*/BA*/B）F=F=（A+BA+B）加（）加（）加（）加（A*/BA*/B）F=AF=A减减减减B B减减减减1 1F=F=（A*/BA*/B）减）减）减）减1 1F=AF=A加加加加A*BA*BF=AF=A加加加加B BF=F=（A+/BA+/B）加）加）加）加A*BA*BF=A*BF=A*B减减减减1 1F=AF=A加加加加A AF=F=（A+BA+B）加）加）加）加A AF=F=（A+/BA+/B）加）加）加）加A AF=AF=A减减减减1 1F=AF=A加加加加1 1F=F=（A+BA+B）加）加）加）加1 1F=F=（A+/BA+/B）加）加）加）加1 1F=0 F=0 F=AF=A加（加（加（加（A*BA*B）加）加）加）加1 1F=(A+B)F=(A+B)加加加加(A*/B)(A*/B)加加加加1 1F=AF=A减减减减B BF=F=（A*/BA*/B）F=AF=A加加加加ABAB加加加加1 1F=AF=A加加加加B B加加加加1 1F=(A+/B)F=(A+/B)加加加加A*BA*B加加加加1 1F=ABF=ABF=AF=A加加加加A A加加加加1 1F=(A+B)F=(A+B)加加加加A A加加加加1 1F=(A+/B)F=(A+/B)加加加加A A加加加加1 1F=AF=AF=/AF=/AF=/F=/（A+BA+B）F=/A*BF=/A*BF=0F=0F=/(A*B)F=/(A*B)F=/BF=/BF=(A B)F=(A B)F=(A*/B)F=(A*/B)F=/A+BF=/A+BF=/(A B)F=/(A B)F=BF=BF=ABF=ABF=1F=1F=A+/BF=A+/BF=A+BF=A+BF=AF=A7/25n 运算器数据通路图运算器数据通路图( (图图3-1)3-1)DR1DR2数据输入三态缓冲器门控信号数据输入三态缓冲器门控信号 SWB ,数据输出三态缓冲器门控信号数据输出三态缓冲器门控信号ALUB数据锁存数据锁存DR1打入脉冲信号打入脉冲信号 LDDR1 ,数据锁存数据锁存DR2打入脉冲信号打入脉冲信号 LDDR2 运算器的输入运算器的输入运算器的输入运算器的输入由两个锁存器由两个锁存器由两个锁存器由两个锁存器74LS27374LS273锁存锁存锁存锁存并送入运算器并送入运算器并送入运算器并送入运算器运算器的数据来运算器的数据来运算器的数据来运算器的数据来源由源由源由源由8 8位数据开关位数据开关位数据开关位数据开关KD0-KD7KD0-KD7输入输入输入输入运算器由两片运算器由两片运算器由两片运算器由两片74LS18174LS181并并并并/ /串而成串而成串而成串而成运算器的输出经过三态门运算器的输出经过三态门运算器的输出经过三态门运算器的输出经过三态门74LS24574LS245到到到到BUSD0-D7BUSD0-D7内部数据线通过内部数据线通过内部数据线通过内部数据线通过LZD0-D7LZD0-D7显示灯显示显示灯显示显示灯显示显示灯显示运算器的输入经过三态运算器的输入经过三态运算器的输入经过三态运算器的输入经过三态门门门门74LS24574LS245到外部数据总到外部数据总到外部数据总到外部数据总线并送入锁存器锁存线并送入锁存器锁存线并送入锁存器锁存线并送入锁存器锁存8/25n 运算器数据通路图运算器数据通路图( (简化版简化版) )9/25四、实验连线四、实验连线n仔细查看试验箱，按以下步骤连线仔细查看试验箱，按以下步骤连线1 1）ALUBUSALUBUS连连EXJ3EXJ32) 2) ALU01ALU01连连BUS1BUS13)3) SJ2 SJ2连连UJ2UJ24) 4) 跳线器跳线器J23J23上上T4T4连连SDSD5) 5) LDDR1LDDR1, ,LDDR2LDDR2, ,ALUBALUB, ,SWBSWB四个跳线器拨四个跳线器拨在在左边左边6) 6) ARAR跳线器拨在跳线器拨在左边左边，同时开关，同时开关ARAR拨在拨在“1 1”电平电平10/25四、实验连线四、实验连线- -未连线未连线11/25四、实验连线四、实验连线- -ALUBUSALUBUS连连EXJ3EXJ3 12/25四、实验连线四、实验连线- - ALU01 ALU01连连BUS1BUS1 13/25四、实验连线四、实验连线- - SJ2 SJ2连连UJ2UJ2 14/25四、实验连线四、实验连线- -跳线器跳线器J23J23上上T4T4连连SDSDJ23J23上的上的上的上的T4T4连连连连SDSD15/25LDDR1,LDDR2,ALUB,SWBLDDR1,LDDR2,ALUB,SWB四个跳线器拨在左边四个跳线器拨在左边LDDR1LDDR1跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边LDDR2LDDR2跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边ALUBALUB跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边SWBSWB跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边16/25ARAR跳线器拨在左边，同时开关跳线器拨在左边，同时开关ARAR拨在拨在拨在拨在“1 1 1 1”电平电平电平电平ARAR跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边跳线拨左边ARAR开关拨开关拨开关拨开关拨“ “1 1” ”17/25四、实验连线四、实验连线- -连线及跳线完毕连线及跳线完毕18/25五、实验步骤五、实验步骤1.1.连接线路，仔细检查核对后接通电源。连接线路，仔细检查核对后接通电源。2.2.用二进制数据开关用二进制数据开关KD7-KD0KD7-KD0向向DR1DR1和和DR2DR2寄存寄存器置入器置入8 8位运算数据。位运算数据。3.3.检验检验DR1DR1和和DR2DR2置入的数据是否正确。置入的数据是否正确。4.4.验证验证74LS18174LS181的算术和逻辑运算功能。的算术和逻辑运算功能。5.5.填写实验报告表填写实验报告表3-13-1中的空白数据。中的空白数据。19/2520/25步骤步骤2. 82. 8位运算数据的置入位运算数据的置入开始实验时，右下方的开始实验时，右下方的开始实验时，右下方的开始实验时，右下方的“停止运行控制停止运行控制停止运行控制停止运行控制”开关向上设置为开关向上设置为开关向上设置为开关向上设置为 运行运行运行运行状态；状态；状态；状态；调拨调拨调拨调拨8 8 8 8位数据开关位数据开关位数据开关位数据开关KD7-KD0KD7-KD0KD7-KD0KD7-KD0为为为为00110101001101010011010100110101（35H35H35H35H） ，准备向，准备向，准备向，准备向DR1DR1DR1DR1送二送二送二送二进制数据。进制数据。进制数据。进制数据。数据输出三态缓冲器门控信号数据输出三态缓冲器门控信号数据输出三态缓冲器门控信号数据输出三态缓冲器门控信号ALUB=1ALUB=1ALUB=1ALUB=1（关闭关闭关闭关闭）。）。）。）。数据输入三态缓冲器门控信号数据输入三态缓冲器门控信号数据输入三态缓冲器门控信号数据输入三态缓冲器门控信号 SWB=0SWB=0SWB=0SWB=0（打开打开打开打开）。）。）。）。数据锁存数据锁存数据锁存数据锁存DRiDRiDRiDRi控制信号控制信号控制信号控制信号LDDR1=1LDDR1=1LDDR1=1LDDR1=1（打开打开打开打开），同时，），同时，），同时，），同时，LDDR2=0LDDR2=0LDDR2=0LDDR2=0（关闭关闭关闭关闭）。打入脉冲信号打入脉冲信号打入脉冲信号打入脉冲信号T4 T4 T4 T4 ，将数据，将数据，将数据，将数据35H35H35H35H置入置入置入置入DR1DR1DR1DR1。重复步骤重复步骤重复步骤重复步骤2-62-62-62-6，其中的步骤，其中的步骤，其中的步骤，其中的步骤5 5 5 5 将将将将LDDR1LDDR1LDDR1LDDR1与与与与LDDR2LDDR2LDDR2LDDR2互换，即可将数据互换，即可将数据互换，即可将数据互换，即可将数据48H48H48H48H置入置入置入置入DR2DR2DR2DR2。21/25步骤步骤2. 82. 8位运算数据的置入位运算数据的置入通过通过通过通过8 8位数据开关位数据开关位数据开关位数据开关KD0-KD7KD0-KD7输入输入输入输入35H35H关闭输出三态门关闭输出三态门关闭输出三态门关闭输出三态门ALUB=1ALUB=1打开输入三态门打开输入三态门打开输入三态门打开输入三态门SWB=0SWB=0打开打开打开打开DR1DR1控制信号控制信号控制信号控制信号LDDR1=1LDDR1=1关闭关闭关闭关闭DR2DR2控制信号控制信号控制信号控制信号LDDR2=0LDDR2=0打入脉冲信号打入脉冲信号打入脉冲信号打入脉冲信号T4T4通过通过通过通过8 8位数据开关位数据开关位数据开关位数据开关KD0-KD7KD0-KD7输入输入输入输入48H48H按下按下按下按下“ “复位复位复位复位” ”键键键键发出总清信号发出总清信号发出总清信号发出总清信号22/25步骤步骤3.3.检验检验DR1DR1和和DR2DR2置入的数据置入的数据数据输出三态缓冲器门控信号数据输出三态缓冲器门控信号ALUB=0ALUB=0（打开打开）；）；数据输入三态缓冲器门控信号数据输入三态缓冲器门控信号SWB=1SWB=1（关闭关闭）；）；数据锁存数据锁存DRiDRi控制信号控制信号LDDR1LDDR1、LDDR2=0LDDR2=0（关闭关闭）设置开关设置开关M M 、开关、开关S3S3、S2S2、S1S1、S0 S0 相应值相应值n如如M=1M=1，S3S3、S2S2、S1S1、S0=1111S0=1111，验证，验证8 8位数据位数据 DR1DR1；S3S3、S2S2、S1S1、S0=1010S0=1010验证验证8 8位数据位数据DR2DR2。步骤步骤3.3.检验检验DR1DR1和和DR2DR2置入的数据置入的数据打开输出三态门打开输出三态门打开输出三态门打开输出三态门ALUB=0ALUB=0关闭输入三态门关闭输入三态门关闭输入三态门关闭输入三态门SWB=1SWB=1关闭关闭关闭关闭DR1DR1控制控制控制控制LDDR1=0LDDR1=0关闭关闭关闭关闭DR2DR2控制控制控制控制LDDR2=0LDDR2=0设置功能选择开关设置功能选择开关设置功能选择开关设置功能选择开关M=1M=1S3S2S1S0=1111S3S2S1S0=1111，验证，验证，验证，验证DR1DR1置入数据置入数据置入数据置入数据设置功能选择开关设置功能选择开关设置功能选择开关设置功能选择开关M=1M=1S3S2S1S0=1010S3S2S1S0=1010，验证，验证，验证，验证DR2DR2置入数据置入数据置入数据置入数据验证验证验证验证DR1DR1置入数据置入数据置入数据置入数据验证验证验证验证DR2DR2置入数据置入数据置入数据置入数据23/2524/25步骤步骤4 4、5.5.验证验证74LS18174LS181的算术和逻辑运算功能的算术和逻辑运算功能在给定在给定DR1=35HDR1=35H、DR2=48HDR2=48H的情况下，改变算术的情况下，改变算术逻辑运算功能发生器的功能设置，观察运算器逻辑运算功能发生器的功能设置，观察运算器的输出的输出。将输出结果将输出结果填入实验报告表中，并和理论分析填入实验报告表中，并和理论分析进行比较、验证。进行比较、验证。25/25表表3-1 3-1 实验数据输出表实验数据输出表