实验一运算器实验

实验一运算器实验

简介：运算器是数据的加工处理部件，是 CPU的重要组成部分，各类计算机的运算 器结构可能有所不同，但是他们的最基本的结构中必须有算术 /逻辑运算单元、数据缓冲 寄存器、通用寄存器、多路转换器的数据总线的逻辑构件。

一、 实验目的

1、 了解算术逻辑运算器（74LS181 ）的组成和功能。 2、 掌握基本算术和逻辑运算的实现方法。

二、 实验内容

运用算术逻辑运算器 74LS181进行有符号数/无符号数的算术运算和逻辑运算。

三、 实验元器件

1、 算术逻辑运算器（74LS181 ）。

2、 三态门（74LS244、74LS245）及寄存器（74LS273、74LS373）。 3、 二进制拨码开关 SW-SPDT

四、 实验原理

NJUJL4

aIH4I 鼻 Itokt

图1.1运算器电路原理图

本实验的算术逻辑运算器电路如图

1.1所示：输入和输出单元跟上述实验相同： 缓冲

输入区八位拨码开关用来给出参与运算的数据，并经过三态门 74LS245和数据总线

BUS相连，在控制开关 SW_BUS处于高电平时允许输出到数据总线。

运算器则由两个

74LS181以串行进位形式构成 8位字长的算术/逻辑运算单元

（ALU）： ALU_L4B 的进位输出端 CN+4与ALU_H4B 的进位输入端 CN相连，使低 4位运算产生的进位送进高 4位运算中。其中ALU_L4B为低4位运算芯片，参与低四位 数据运算，ALU H4B为高4位运算芯片，参与高四位数据运算。 ALU L4B的进位输入

端CN通过三态门连接到二进制开关 CN，控制运算器仅为，ALU_H4B的进位输出端CN+4 经过反相器74LS04，通过三态门接到溢出标志位 CF指示灯（CF=1，即ALU运算结果 溢出）。

ALU除了溢出标志位 CF夕卜，还有两个标志位：零标志位 ZF（ ZF=1，即ALU运算 结果为0, ZF对应发光二极管点亮）和符号标志位 SF（ SF=1，即运算结果为负数；SF=0 即运算结果为正数或 0对应发光二极管点亮）。

S S S S S S B B B B B B 3 4 5 7 6 8 U5 A 5 U 4 U 3 2 U U 1 U A BE A C B B B B B B B 74LS245 U9:A 18 16 14 12 Y2 Y3 2 4 A2 6 A3 8 OE 10 'I CF・ H PG 4 = F F F F N A PALU_H4B T4 LDDR1 AND DR1_CLK C G 4 B N A C ALU_L4B 74LS181 74LS181 MS S S S N B B B B A A A A T4 LDDR2 AND DR2_CLK rni 3 2 8 3 4 5 6 7蹄 尹聲 1f1 0 1 1 9 8 SSSS 3 2 1 0 SSSS W 3 2 lo N KSSSSC U U B B K K A

RP1 DIN [0..7] DIN 0 2 U1 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 19 1 ___ CE AB/BA B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 18 17 BU 16 BU 15 BU 14 BU 0 S 1 S 2 S 3 S 4 Q Q 5 4 3 2 Q Q Q Q Q Q 74LS273 0 DR2 DR1 74LS273 M C DDDDDDDD 13 BU S 5 12 BU S 6 11 BU S 7 7 4 3 7 4 3 8 1 5 4 3 2 1 0 S S S S S S S U U U U U U 74LS245 缓冲输入

SW_BUS 图1.2运算器通路图

ALU的工作方式可通过设置两个 74181芯片的控制信号 （S0、S1、S2、S3、M、CN）

来实现，其74LS181逻辑功能表由表 1-1给出，运算器 ALU的输出经过三态门（两片 74LS244或一片74LS245）和数据总线 BUS相连。当二进制控制开关 CBA=010状态时， 通过138译码选通输出ALU_BUS运算器运行结果。运算器 ALU的两个数据输入端分 别由两个数据暂存器（74LS273）DR1、DR2锁存，74LS181将DR1、DR2内的数据 作为上述表 1.1中参与运算的数 A和B。由于 DR1、DR2已经把数据锁存，只要

74LS181的控制信号不变，那么

的时候，总线

74LS181的输出数据也不会发生改变。数据缓冲寄存器

DR1、DR2的输入端 D0~D7连至8位数据总线 BUS，在 DR1_CLK和DR2_CLK 端出 现上升沿跳变

BUS的数据分别打入 DR1、DR2锁存。

五、实验步骤

1、二进制拨码开关初始状态确定

运行仿真，拨动二进制拨码开关设定均为低电平状态（如图

SSSB BS R R R9 AP 1.2所示）。

二进制开关单元 2 AAAAAAAA A B C A D D U6 74LS138 I* f j V ' H »■ M ' »lj _L 1.2二进制开关单元

2、将65H和A7分别写入到数据换从寄存器

DR1和DR2，拨码开关向数据暂存器

DR1、DR2分别打入有符号数 +65H，A7 （即 A= 65H， B= A7 ）。

3、通过拨动 M、CN、S3、S2、S1、S0控制运算器进行运算，将结果填入表格

器CBA=010译码输出ALU_BUS，观察运算器结果输出值和标志位状态， 中，并与理论值比较、验证 4LS181的功能。

1-2.

填入表1.2

改变运算器的控制信号 （M,CN,S3,S2,S1,S0）的组合，运算器运算结果通过 74LS138 译码

六、实验结果与分析

1、 完成实验步骤2,在显示结果后将指示灯显示的值与输入的数据进行比较； 2、 完成实验步骤3,填写运算器功能实验表

结果进行分析。（要求有详细的理论数据对比）

1.2，比较理论分析值与实验结果值；并 对

七、实验思考题

1、 74LS181组成的运算器通路， 可以区分有符号数运算和无符号数运算么？两者的 运算过

程有不同么？两者的数值表示范围各是多少？

2、 在74181组成的运算器通路中，输入锁存器 出端连接的 245缓冲器的作用是什么？

DR1、DR2的作用是什么？运算结 果输

表1.1 74LS181逻辑功能表 S3 S2 S1 S0 0 M=0 （算术运算） CN=1 无进位 CN=0有进位 F=A 加 1 F=（ A +B ）力口 1 M=1 （逻辑运算） 0 0 0 0 0 0 F= A 1 F= A +B F= A F= A 十B 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 F= A+B 1 F=0 减 1 0 F= A 力口 AB 1 F= ( A+B )力口 AB 0 F= A减B减1 1 F= AB 减 1 0 F= A 加 AB 1 F= A 力口 B 0 F= ( A+B )力口 AB 1 F= AB 减 1 0 F= A 力口 A 1 F= ( A+B )力口 A 0 F= ( A+B )力口 A 1 F= A 减 1 F= ( A + B )力口 1 F=0 F= A加 AB 力口 1 F= ( A+B )力口 AB 加 1 F= A 减 B F= AB F= A 力口 AB 力口 1 F= A 力口 B 力口 1 F= ( A + B )力口 AB 力口 1 F= AB F= A 力口 A 力口 1 F= ( A+B )力口 A 力口 1 F= ( A+\"B )力口 A 力口 1 F= A F= AB F=0 F= AB F= B F= A㊉ B F= AB F= A + B F= A㊉ B F= B F= AB F=1 F= A + B F= A+B F= A 注：表中“A和 “B分别表示参与运算的两个数， “ +表示逻辑或， 加”表示算术求

和。 & ”表示逻辑异或， “ /表示逻辑非，“ AB'逻辑与 表1.2 运算器功能实验表

DR1 DR2 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 M=0 （算术运算） CN=1无进位 CN=0有进位 M=1 （逻辑运算） 65 A7 0 65 A7 0 65 n A7 I 0 65 A7 0 65 n A7 I 0 65 A7 0 65 1 A7 r 0 65 A7 0 65 1 A7 r 1 65 A7 65 1 A7 65 A7 65 1 A7 65 A7 65 65 F=( 65) F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=(66) F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=(9A) F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() F=() 1 r 1 1 1 1 1 1 A7 A7