實驗二運算器實驗

實驗二運算器實驗一、實驗?zāi)康?．掌握運算器的組成及工作原理；2．了解4位函數(shù)發(fā)生器74181的組合功能，熟悉運算器執(zhí)行算術(shù)操作和邏輯操作的具體實現(xiàn)過程；3．驗證帶進位控制的74181的功能。二、預(yù)習(xí)要求1.復(fù)習(xí)本次實驗所用的各種數(shù)字集成電路的性能及工作原理；2.預(yù)習(xí)實驗步驟，了解實驗中要求的注意之處。三、實驗設(shè)備EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干。四、電路組成本模塊由算術(shù)邏輯單元ALU(U29、U30)、暫存器（U27、U28）、三態(tài)門（U31）和進位控制電路（U32）等組成。電路圖見圖1-1(a)、1-1(b)。圖1-1（a）ALU電路圖1-1（b）進位控制電路算術(shù)邏輯單元ALU是由兩片74181構(gòu)成。74181的功能控制條件由S3、S2、S1、S0、M、Cn決定。高電平工作方式74181的功能、管腳分配和引出端功能符號詳見表1-1、圖1-2和表1-2。兩片74273構(gòu)成兩個八位數(shù)據(jù)暫存器，運算器的輸出采用三態(tài)門74244。它們的管腳分配和引出端功能符號詳見圖1-3和圖1-4。圖1-274181管腳分配表1-174181輸出端功能符號74181功能表見表1－2，其中符號“＋”表示邏輯“或”運算，符號“*”表示邏輯“與”運算，符號“/”表示邏輯“非”運算，符號“加”表示算術(shù)加運算，符號“減”表示算術(shù)減運算。選擇M=1邏輯操作M=0算術(shù)操作S3S2S1S0Cn=1（無進位）Cn=0（有進位）0000F=/AF=AF=A加10001F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加10010F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加10011F=0F=減1(2的補)F=00100F=/(A*B)F=A加A*/BF=A加A*/B加10101F=/BF=(A+B)加A*/BF=(A+B)加A*/B加10110F=(/A*B+A*/B)F=A減B減1F=A減B0111F=A*/BF=A*/B減1F=A*/B1000F=/A+BF=A加A*BF=A加A*B加11001F=/(/A*B+A*/B)F=A加BF=A加B加11010F=BF=(A+/B)加A*BF=(A+/B)加A*B加11011F=A*BF=A*B減1F=A*B1100F=1F=A加AF=A加A加11101F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加11110F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11111F=AF=A減1F=A表1-274181功能表圖1-3（a）74273管腳分配圖1-3（b）74273功能表圖1-4（a）74244管腳分配圖1-4（b）74244功能五、工作原理運算器的結(jié)構(gòu)框圖見圖1-5。算術(shù)邏輯單元ALU是運算器的核心。集成電路74181是4位運算器，兩片74181以并／串形式構(gòu)成8位運算器。它可以對兩個八位二進制數(shù)進行多種算術(shù)或邏輯運算，74181有高電平和低電平兩種工作方式，高電平方式采用原碼輸入輸出，低電平方式采用反碼輸入輸出，這里采用高電平方式。三態(tài)門74244作為輸出緩沖器由ALU-G信號控制，ALU-G為“0”時，三態(tài)門開通，此時其輸出等于其輸入；ALU-G為“1”時，三態(tài)門關(guān)閉，此時其輸出呈高阻。兩片74273作為兩個八位數(shù)據(jù)暫存器，其控制信號分別為LDR1和LDR2，當LDR1和LDR2為高電平有效時，在T4脈沖的前沿，總線上的數(shù)據(jù)被送入暫存器保存。六、實驗內(nèi)容驗證74181運算器的邏輯運算功能和算術(shù)運算功能。七、實驗步驟注：為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的ALU-G和C-G撥到輸出高電平“1”狀態(tài)(所對應(yīng)的指示燈亮。)本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。按圖1－7接線圖接線連線時應(yīng)注意：為了使連線統(tǒng)一，對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。2.通過數(shù)據(jù)輸入電路的撥開關(guān)開關(guān)向兩個數(shù)據(jù)暫存器中置數(shù)：注意：本實驗中ALU-G和C-G不能同時為0，否則造成總線沖突，損壞芯片！故每次實驗時應(yīng)時刻保持只有一路與總線相通。(1)置ALU-G＝1：關(guān)閉ALU的三態(tài)門Ｕ31(74244)；再置C-G=0：打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門；(2)向數(shù)據(jù)暫存器LT1（Ｕ27，74LS273）中置數(shù)：1)設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D７……D0”為要輸入的數(shù)值，如“010101012)置LDR1＝1：使數(shù)據(jù)暫存器LT1（Ｕ27，74273）的控制信號有效，置LDR2＝0：使數(shù)據(jù)暫存器LT2（Ｕ28，74273）的控制信號無效；3）按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】按鈕，給暫存器LT1（Ｕ27，74LS273）送時鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT1中。(3)向數(shù)據(jù)暫存器LT2（Ｕ28，74273）中置數(shù)：1)設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D７……D0”為想要輸入的數(shù)值，如“101010102)置LDR1＝0：數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號無效；置LDR2＝1：使數(shù)據(jù)暫存器LT2的控制信號有效。3)按一下脈沖源及時序電路的“單脈沖”按鈕，給暫存器LT1（Ｕ27，74273）送時鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT2中。4)置LDR1＝0、LDR2＝0，使數(shù)據(jù)暫存器LT1、LT2的控制信號無效。(4)檢驗兩個數(shù)據(jù)暫存器LT1和LT2中的數(shù)據(jù)是否正確：1)置C-G=1，關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=0，打開ALU的三態(tài)門；2)置“S3S2S1S0M”為“11111”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT1中的數(shù)“010101013)置“S3S2S1S0M”為“10101”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT2中的數(shù)“101010103．驗證74LS181的算術(shù)和邏輯功能:LT1LT2S3S2S1S0M=0（算術(shù)運算）M=1（邏輯運算）Cn=1（無進位）Cn=0（有進位）34HB6H0000F=F=F=0001F=F=F=0010F=F=F=0011F=F=F=0100F=F=F=0101F=F=F=0110F=F=F=0111F=F=F=1000F=F=F=1001F=F=F=1010F=F=F=1011F=F=F=1100F=F=F=1101F=F=F=1110F=F=F=1111F=F=F=按實驗步驟2往兩個暫存器LT1和LT2分別存十六進制數(shù)“34H”和“B6H”，在給定LT1=34H、LT2=B6H的情況下，通過改變“S3S2S1S0MCn”的值來改變運算器的功能設(shè)置，通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運算器的輸出值F，填入下表中，參考表1－1的功能表，分析輸出F值是否正確。4．驗證帶進位控制的算術(shù)運算功能發(fā)生器的功能：(1)進位標志CY清零：進位標志指示燈CY初始狀態(tài)為滅，表示當前進位為“1”，可按如下步驟對它進行清零操作。1)置S3S2S1S0M＝“00000”，AR＝0(AR為進位控制信號)；2)按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】按鈕，進位標志指示燈CY亮，表示當前進位為“0”。驗證帶進位運算及進位的鎖存功能：1)使Cn=1(使Cn為高電平，即不帶進位)，AR＝0；2)置ALU-G＝1：關(guān)閉ALU的三態(tài)門Ｕ31(74LS244)；再置C-G=0：打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門；3)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D７……D0”＝“10000000”，置LDR1＝1，使數(shù)據(jù)暫存器LT1（Ｕ27，74273）的控制信號有效，置LDR2＝0，使數(shù)據(jù)暫存器LT2（Ｕ28，74273）的控制信號無效，按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】往暫存器LT1存入數(shù)據(jù)“10000000”4）置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D７……D0”＝“01111111”，置LDR1＝0，使數(shù)據(jù)暫存器LT1（Ｕ28，74273）的控制信號無效，置LDR2＝1，使數(shù)據(jù)暫存器LT2（Ｕ27，74273）的控制信號有效，按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】往暫存器LT2存入數(shù)據(jù)“01111111”5）置C-G=1，關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=0，打開ALU的三態(tài)門，置“S3S2S1S0M”為“11111”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT1中的數(shù)“10000000”，表示往暫存器LT1置數(shù)正確；置“S3S2S1S0M”為“10101”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT2中的數(shù)“01111111”，表示往暫存器LT2置數(shù)正確。6）置ALU-G=0（注意先使C-G=1），S3S2S1S0M=“10010”，Cn=1，不帶進位操作，AR=0，參考表1－1可知此時執(zhí)行“F=A加B”操作，數(shù)據(jù)總線上顯