计算机组成原理运算器的实现实验报告.doc
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信息与管理科学学院计算机科学与技术
实验报告
课程名称：
计算机组成原理
实验名称：
运算器实验
姓名：
班级：
指导教师：
学号：
实验室：
组成原理实验室
日期：
2013-11-16
一、实验目的
1．掌握运算器的组成及工作原理；
2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；
3．验证带进位控制的74LS181的功能。
二、实验环境
EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
三、实验内容
验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。
四、实验操作过程
Ⅰ、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K4置于“OFF”状态，否则系统处于自锁状态，无法进行实验。
1、实验连线（键盘实验）：
实验连线如图1－6所示。
（连线时应按如下方法：
对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
注意：
F4只用一个排线插头孔）
2、实验过程：
拨动清零开关CLR，使其指示灯灭。
再拨动CLR，使其指示灯亮。
在监控滚动显示【CLASSSELECt】时按【实验选择】键，显示【ES--__】输入01或1，按【确认】键，监控显示为【ES01】，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，监控显示【InSt--】，提示输入运算指令，输入两位十六进制数（参考表1－3和表1－1），选择执行哪种运算操作，按【确认】键。
监控显示【Lo=0】,此处Lo相当于表1－1中的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【Cn=0】,默认为“0”，由表1－1可见，此时进行带进位运算，也可输入“1”，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=1】，使用默认值“1”，关闭进位输出。
也可输入“0”，打开进位输出，按【确认】。
监控显示【DATA】，提示输入第一个数据，输入十六进制数【1234H】，按【确认】，显示【DATA】，提示输入第二个数据，输入十六进制数【5678H】，按【确认】键，监控显示【FINISH】，表示运算结束，可从数据总线显示灯观察运算结果，CY指示灯显示进位输出的结果。
按【确认】后监控显示【ES01】，可执行下一运算操作。
运算指令（S3S2S1S0）
输入数据（十六进制）
0000
00或0
0001
01或1
0010
02或2
0011
03或3
0100
04或4
0101
05或5
0110
06或6
0111
07或7
1000
08或8
1001
09或9
1010
0A或A
1011
0B或B
1100
0C或C
1101
0D或D
1110
0E或E
1111
0F或F
表1-3运算指令关系对照表
在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入表中，并和理论值进行比较和验证：
LT1
LT2
S3S2S1S0
M=0（算术运算）
M=1（逻辑运算）
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
1234H
5678H
00或0
F=
F=
F=
01或1
F=
F=
F=
02或2
F=
F=
F=
03或3
F=
F=
F=
04或4
F=
F=
F=
05或5
F=
F=
F=
06或6
F=
F=
F=
07或7
F=
F=
F=
08或8
F=
F=
F=
09或9
F=
F=
F=
0A或A
F=
F=
F=
0B或B
F=
F=
F=
0C或C
F=
F=
F=
0D或D
F=
F=
F=
0E或E
F=
F=
F=
0F或F
F=
F=
F=
Ⅱ、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的ALU-G和C-G拨到输出高电平“1”状态（所对应的指示灯亮。
）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，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
运算器接口
S3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2
BD15…….BD8
数据总线
BD7…….BD0
DIJ1DIJ-G
DIJ2
数据输入电路
C-GS3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2
控制总线T4
控制开关电路
T+finf/8
脉冲源及时序电路
图1－7实验一开关实验接线图
2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数：
注意：
本实验中ALU-G和C-G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只有一路与总线相通。
1）拨动清零开关CLR，使其指示灯。
再拨动CLR，使其指示灯亮。
置ALU-G＝1：
关闭ALU的三态门；再置C-G=0：
打开数据输入电路的三态门；
2）向数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）中置数：
（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值；
（2）置LDR1＝1：
使数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置LDR2＝0：
使数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信号无效；
（3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。
3）向数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）中置数：
（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值；
（2）置LDR1＝0：
数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2＝1：
使数据暂存器LT2的控制信号有效。
（3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。
（4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。
4）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确：
（1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU的三态门；
（2）置“S3S2S1S0M”为“11111”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器LT1置数正确；
（3）置“S3S2S1S0M”为“10101”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。
3、验证74LS181的算术和逻辑功能:
LT1
LT2
S3S2S1S0
M=0（算术运算）
M=1（逻辑运算）
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
1234H
5678H
0000
F=
F=
F=
0001
F=
F=
F=
0010
F=
F=
F=
0011
F=
F=
F=
0100
F=
F=
F=
0101
F=
F=
F=
0110
F=
F=
F=
0111
F=
F=
F=
1000
F=
F=
F=
1001
F=
F=
F=
1010
F=
F=
F=
1011
F=
F=
F=
1100
F=
F=
F=
1101
F=
F=
F=
1110
F=
F=
F=
1111
F=
F=
F=
按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“1234H”和“5678H”，在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值F，填入上表中，参考表1－1的功能表，分析输出F值是否正确。
分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。
五、实验结果及结论
实验结果如图所示：
LT1
LT2
S3S2S1S0
M=0（算术运算）
M=1（逻辑运算）
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
1234H
5678H
0000
F=FF00
F=FF01
F=00FF
0001
F=FFFF
F=FE00
F=0000
0010
F=FF00
F=FF01
F=00FF
0011
F=FFFF
F=0000
F=0000
0100
F=FE00
F=FE01
F=FFFF
0101
F=FFFF
F=FF00
F=FF00
0110
F=FC00
F=FF01
F=FFFF
0111
F=FFFF
F=FF00
F=FF00
1000
F=FF00
F=FF01
F=00FF
1001
F=FFFF
F=FF00
F=0000
1010
F=FF00
F=FF01
F=00FF
1011
F=FFFF
F=0000
F=0000
1100
F=FF00
F=FF00
F=FFFF
1101
F=F0FF
F=FF00
F=FF00
1110
F=FF00
F=FFFF
F=0000
1111
F=00FF
F=FFF0
F=FF00
结论：
1、掌握了运算器的组成及工作原理；
2、了解了4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉了运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；
六、心得体会
通过本次试验我掌握运算器的组成及工作原理，了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程。
加强了对课本教材的理解，增加了自己的动手实践能力，通过与我的队友的通力合作，我更深刻的体会到了团队力量的重要性。
七、指导教师评议
成绩：
（百分制）
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