計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報告算術(shù)邏輯運(yùn)算單元實(shí)驗(yàn).doc

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西華大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報告 課程名稱：計(jì)算機(jī)組成原理 年級：2011級 實(shí)驗(yàn)成績： 指導(dǎo)教師：祝昌宇 姓名：蔣俊 實(shí)驗(yàn)名稱：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元實(shí)驗(yàn) 學(xué)號：312011080611118 實(shí)驗(yàn)日期：2013-12-15 1、 目的 1. 掌握簡單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳輸方式 2. 掌握74LS181的功能和應(yīng)用 二、實(shí)驗(yàn)原理 （1） ALU單元實(shí)驗(yàn)構(gòu)成 1、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)箱上的算術(shù)邏輯運(yùn)算單元上的運(yùn)算器是由運(yùn)算器由2片74LS181構(gòu)成8字長的ALU 單元。 2、2片74LS373作為2個數(shù)據(jù)鎖存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-OUT作為數(shù)據(jù)輸入端，可通過短8芯扁平電纜，把數(shù)據(jù)輸入端連接到數(shù)據(jù)總線上。 3、運(yùn)算器的數(shù)據(jù)輸出由一片74LS244（輸出緩沖器）來控制，8芯插座ALU-OUT作為數(shù)據(jù)輸出端，可通過短8芯扁平電纜把數(shù)據(jù)輸出端連接到數(shù)據(jù)總線上。 （2） ALU單元的工作原理 數(shù)據(jù)輸入鎖存器DR1的EDR1為低電平，并且D1CK有上升沿時，把來自數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入鎖存器DR1。同樣，使EDR2為低電平，并且D2CK有上升沿時，把來自數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入鎖存器DR2。 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元的核心是由2片74LS181構(gòu)成，它可以進(jìn)行2個8位二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算，74LS181的各種工作方式可通過設(shè)置其控制信號來實(shí)現(xiàn)（S0、S1、S2、S3、M、CN）。當(dāng)實(shí)驗(yàn)者正確設(shè)置了74LS181的各個控制信號，74LS181會運(yùn)算數(shù)據(jù)鎖存器DR1、DR2內(nèi)的數(shù)據(jù)。由于DR1、DR2已經(jīng)把數(shù)據(jù)鎖存，只要74LS181的控制信號不變，那么74LS181的輸出數(shù)據(jù)也不會發(fā)生改變。 輸出緩沖器采用74LS244，當(dāng)控制信號ALU-O為低電平時，74LS244導(dǎo)通，把74LS181的運(yùn)算結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線；ALU-O為高電平時，74LS244的輸出為高阻。 圖1 算術(shù)邏輯單元原理圖 三、使用環(huán)境 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)箱 四、實(shí)驗(yàn)步驟 （一）．邏輯或運(yùn)算實(shí)驗(yàn) 1． 把ALU-IN（8芯的盒型插座）與CPT-B板上的二進(jìn)制開關(guān)單元中J1插座相連（對應(yīng)二進(jìn)制開關(guān)H16~H23）, 把ALU-OUT（8芯的盒型插座）與數(shù)據(jù)總線上的DJ2相連。 2． 把D1CK和D2CK用連線連到脈沖單元的PLS1上，把EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M接入二進(jìn)制開關(guān)（請按下表接線） 信號定義 接入開關(guān)位號 D1CK PLS1孔 D2CK PLS1孔 EDR1 H8孔 EDR2 H7孔 ALU-O H6孔 CN H5孔 M H4孔 S3 H3孔 S2 H2孔 S1 H1孔 S0 H0孔 3． 按啟停單元中的運(yùn)行按鈕，使實(shí)驗(yàn)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)。 4． 二進(jìn)制開關(guān)H16~H23作為數(shù)據(jù)輸入，置33H（對應(yīng)開關(guān)如下表） H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 數(shù)據(jù)總線值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位數(shù)據(jù) 0 0 1 1 0 0 1 1 33H 置各控制信號如下： H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR26 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 5． 按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在D1CK上產(chǎn)生一個上升沿，把33H打入DR1數(shù)據(jù)鎖存器，通過邏輯筆來測量確定DR1寄存器（74LS373）的輸出端，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否進(jìn)入DR1中。 6． 二進(jìn)制開關(guān)H16~H23作為數(shù)據(jù)輸入，置55H（對應(yīng)開關(guān)如下表）。 H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 數(shù)據(jù)總線值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位數(shù)據(jù) 0 1 0 1 0 1 0 1 55H 置各控制信號如下： H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR26 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 7． 按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在D2CK上產(chǎn)生一個上升沿，把55H打入DR1數(shù)據(jù)鎖存器。 $ 經(jīng)過74LS181的計(jì)算，把運(yùn)算結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上，數(shù)據(jù)總線上的LED顯示燈IDB0~IDB7顯示為77H。 （二）不帶進(jìn)位位加法運(yùn)算實(shí)驗(yàn) 1． 二進(jìn)制開關(guān)H16~H23作為數(shù)據(jù)輸入，置33H（對應(yīng)開關(guān)如下表）。 H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 數(shù)據(jù)總線值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位數(shù)據(jù) 0 0 1 1 0 0 1 1 33H 置各控制信號如下： H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR26 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 2． 按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在D1CK上產(chǎn)生一個上升沿，把33H打入DR1數(shù)據(jù)鎖存器，通過邏輯筆來測量確定DR1寄存器（74LS373）的輸出端，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否進(jìn)入DR1中。 3． 二進(jìn)制開關(guān)H16~H23作為數(shù)據(jù)輸入，置55H（對應(yīng)開關(guān)如下表）。 H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 數(shù)據(jù)總線值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位數(shù)據(jù) 0 1 0 1 0 1 0 1 55H 置各控制信號如下： H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR26 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 4． 按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在D2CK上產(chǎn)生一個上升沿，把55H打入DR1數(shù)據(jù)鎖存器。 $ 經(jīng)過74LS181的計(jì)算，把運(yùn)算結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上，數(shù)據(jù)總線上的LED顯示燈IDB0~IDB7顯示為88H。 （3） 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 驗(yàn)證74LS181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，在保持DR1=65H、DR2=A7H時，改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出，填入表1中，并和理論分析進(jìn)行比較、驗(yàn)證。 表1 正邏輯74L S181運(yùn)算功能驗(yàn)證結(jié)果 DR1 DR2 S3 S2 S1 S0 M=0（算術(shù)運(yùn)算） M=1 邏輯運(yùn)算 CN=1 CN=0 65 A7 0 0 0 0 65 66 9A 65 A7 0 0 0 1 E7 E8 18 65 A7 0 0 1 0 7D 7E 82 65 A7 0 0 1 1 FF 00 00 65 A7 0 1 0 0 A5 A6 DA 65 A7 0 1 0 1 27 28 58 65 A7 0 1 1 0 BD BE C2 65 A7 0 1 1 1 3F 40 3E 65 A7 1 0 0 0 8A 8B BF 65 A7 1 0 0 1 0C 0D 3D 65 A7 1 0 1 0 A2 A3 A7 65 A7 1 0 1 1 24 25 25 65 A7 1 1 0 0 CA CB 01 65 A7 1 1 0 1 4C 4D 7D 65 A7 1 1 1 0 E2 E3 E7 65 A7 1 1 1 1 64 65 65 五、總結(jié) 通過本次實(shí)驗(yàn)我掌握了算術(shù)邏輯運(yùn)算器單元ALU（74LS181）的工作原理和簡單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通道，了解了由74LS181等組合邏輯電路的運(yùn)算功能，能夠按給定數(shù)據(jù)按實(shí)驗(yàn)要求完成實(shí)驗(yàn)指定的算術(shù)邏輯運(yùn)算。自己能夠更清楚了算術(shù)邏輯運(yùn)算器的功能，同時更明白邏輯加與算術(shù)的區(qū)別，提高了動手能力。