运算器组成实验

1.实验目的及要求

实验目的

1、熟悉双端口通用寄存器组的读写操作。

2、熟悉运算器的数据传送通路。

3、验证运算器74LS181的算术逻辑功能。

4、按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。

实验要求

1、做好实验预习。掌握运算器的数据传送通路和ALU的功能特性，并熟悉本实验中所用的控制台开关的作用和使用方法。

2、认真细致完成实验，根据实验结果填写实验一表1、实验一表2。

3、写出实验报告，分析实验结果并简述心得体会。

2.实验步骤

1、开电源前接线。

参考接线表：

存储器	DRW	SBUS	ABUS	MBUS	LDC	LDZ	CIN
电平开关	K4	K5	K6	K7	K8	K9	K10

运算器	RD0	RD1	RS0	RS1	S0	S1	S2	S3	M
电平开关	K0	K1	K2	K3	K11	K12	K13	K14	K15

完成实验任务前两项只需K0-K7，此时K8-K15的状态不影响实验结果。

2、打开电源，将控制转换区开关拨到中间位置，即“独立”，此时黄灯亮。将微程序控制器区中编程开关拨到下方，即“正常”。

3、设置操作模式：DP和SW开关为“1100”，即单步，写寄存器方式。将SBUS，DRW拨至1；ABUS,MBUS拨至0。再将数据开关拨至34H；RD0,RD1拨至00。按下QD，即把34H写入寄存器R0中。再将21H、52H、65H写入R1、R2、R3中。

4、将ABUS,MBUS,SBUS,DRW都拨成0。再将RD0,RD1拨至00；RS0,RS1拨至11,此时指示灯A7~A0显示的是ALU的A端口的数（R0存的数），指示灯B7~B0显示的是ALU的B端口的数（R3存的数）。再用A、B端口分别读出其他寄存器中的值。

5、设置操作模式：DP和SW为“1101”，含义为单步，运算器实验。用前面的方法输入数据至寄存器中，令R0=55H，R1=AAH。再将CIN，LDC，LDZ，ABUS ，RS0拨成1；RD1，RD0，RS1，MBUS,SBUS，DRW拨成0。再根据74LS181运算功能表，调整S3~S0与M的值来进行运算，每次运算按下QD后在指示灯D7~D0上观察运算结果并通过C、Z指示灯来观察是否进位与是否结果为0。

说明：M=0为算术运算，M=1为逻辑运算；S3~S0为运算功能；CIN为1，正逻辑；ABUS=1允许运算结果送数据总线；LDC、LDZ为1，允许保存结果状态；RD1、RD0用00选择R0；RS1、RS0用01选择R1；（DRW、SBUS、MBUS命令为0）。

3.实验内容

1、通过8个二进制数据开关SD7~SD0来输入数据，当控制信号SBUS为1时，数据开关上的数被送到数据总线上。注意SD7为高位，SD0为低位。

2、运算器中的双端口寄存器组有4个8位的寄存器R0、R1、R2、R3。当把数据总线上的值送往寄存器或把寄存器中的值送往ALU的A端口时，通过地址信号RD1、RD0来选中输入或输出数值的寄存器。当把值送往ALU的B端口时，通过地址信号RS1、RS0选中输出数值的寄存器。（地址信号RD1、RD0与RS1、RS0都是取值为00时选中寄存器R0，01时选中R1，10时选中R2，11时选中R3）

3、写入数据到寄存器需要命令DRW，且需要在时钟T3的上升沿写入。故写入数据到寄存器需要DRW为1，并按下QD来给出一组节拍脉冲信号T1~T3。

4、把寄存器中的数据送往ALU的A端口、B端口时无需控制信号，ALU的A端口、B端口的值可通过指示灯A7~A0、B7~B0来查看。

5、ALU运算功能通过控制信号M、S3~S0控制，M用于区分算术运算还是逻辑运算，S3~S0选择具体的运算功能。具体内容可查阅本实验后面给出的74LS181运算功能表。

6、CIN是提供给ALU的最低位进位信号，CIN取1表示最低位无进位。运算产生进位标志C和结果为0标志Z，控制命令LDC和LDZ取1时，把相应标志的状态保存进状态触发器中。

7、ALU的运算结果要送往数据总线DBUS，需要控制命令ABUS取1。送到数据总线DBUS上的值可通过指示灯D7~D0来查看。注意SBUS和ABUS不能同时为1。

8. 注意SBUS，ABUS，MBUS同时只能有一个为1，故本实验虽然没有用到MBUS信号，但也必须接MBUS到电平开关，使MBUS恒取0。

本实验线路与信号原理图如下：

本实验用到的信号归纳如下：

序号	信号名	功能说明
1	S3、S2、S1、S0	控制74LS181的运算类型
2	CIN	低位74LS181的进位输入，取1时无进位
3	SEL3、SEL2(RD1、RD0)	选择送ALU的A端口的寄存器与写入的寄存器
4	SEL1、SEL0(RS1、RS0)	选择送ALU的B端口的寄存器
5	DRW	=1时，在T3上升沿对RD1、RD0选中的寄存器进行写操作，将数据总线DBUS上的数D7~D0写入选定的寄存器
6	SBUS	=1时，将数据开关的值送数据总线DBUS =0时，禁止数据开关的值送数据总线DBUS
7	ABUS	=1时，将运算结果送数据总线DBUS =0时，禁止运算结果送数据总线DBUS
8	M	运算模式:M=0为算术运算；M=1逻辑运算；
9	LDZ	=1时，如果运算结果为0，在T3的上升沿，将1写入到Z标志寄存器；如果运算结果不为0，将0保存到Z标志寄存器。
10	LDC	=1时，在T3的上升沿将运算得到的进位保存到C标志寄存器。
11	指示灯A7~A0	显示送往ALU的A端口的数
12	指示灯B7~B0	显示送往ALU的B端口的数
13	指示灯D7~D0	显示数据总线DBUS上的数
14	C	进位标志
15	Z	结果为0标志