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1、- 1 -实验一运算器实验一、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、预习要求1、复习本次实验所用的各种数字集成电路的性能及工作原理；2、预习实验步骤，了解实验中要求的注意之处。三、实验设备EL-JY-n型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。四、电路组成本模块由算术逻辑单元ALU74LS181（U7、U8、U9、U10）、暂存器74LS273（U3、U4、U5、U6）、三态门74LS244（U11、U12）和控制电路（集成于EP1K10内部）等组成。电
2、路图见图1-1（a）、1-1（b）。u? l&tLKCIH LEEJ ULDATAO 3 *L-PAW T .I.DAT.M_II J亡5g百.Lgw i*JJMTM J 不.UMM INciJ CLKKMl3fl- J的和PW_ILtT4FI4鼻FMCM OUTF111旬22U：M力叫?扎里日J, LDATJlXl 33 zldi ；i.-J：,.LbATJl1 401旧1.LDATjiJ ?LiiLE4工.UATia 4Li 皿 皤一.LI?AT*1 b陋1用11M 23.LPATJd U凶 ju：r 皿 aT-J.PATA7 ?-iILI：7田ZLP7 M_35J+U5I3I“L3 的
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4、；n】$ GH!& m*m HDEJL him1G1T1皿masm幅IT44口耳3Y1Bl EJJT3E3JYJI日14 LDATAftLDO2 *16 LDATAS51414 LDATAiLX口011 LDTAJ-LD54。LD4TlM12_qLXM-117LDATA3LD5IS5LD-ftTAALD6IS3LDATATLD717九L郎HAUJ_G1 c1豆3Y1其1mA3IV3A3IV4A4而SY1BliY3B22V3B3IV44ie hiatajqHDO216 HIATALHDl*1Hm(594 HbATAi U HDJLTA3如aggL BEATAS7 HIiATAiHEdBS IU5
5、ATAj&HD6353 HIJATATHD737MES*图1-1 (a)ALU电路图1-1 （b） ALU控制电路算术逻辑单元ALU是由四片74LS181构成。74LS181的功能控制条件由S3、S2、S1、S0、M、Cn决定。高电平方式的74LS181的功能、管脚分配和引出端功能符号详见表1-1、图1-2和表1-2。四片74LS273构成两个16位数据暂存器，运算器的输出采用三态门74LS244。它们的B _124-1A 12231So 1_3221S1 1_421|S3 -520-1S3 |_6131Cnl_718-1M 二817nFq 916-Fi 1-1015F2 二1114-1GND
6、l_1213管脚分配和引出端功能符号详见图1-3和图1-4。图1-2 74LS181管脚分配VccAiB 1阂/运算数输入端（低电平有效）B(r,B3A2左耳荻格1八炖。氐电T R 3Cn进位输入端As进位输出端03运算输出端（低电平有效）FgF艇比较输出端C0n+4Fg进位产生输出端（f氏电平有效）Fp进位传输输出端（低电平有效）Fa=bM工作方式控制F3瓦得功能选择表1-2 74LS181输出端功能符号74LS181功能表见表1-1,其中符号“+”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表示逻辑“非”运算，符号“加”表示算术加运算，符号“减”表示算术减运算。选择M=1逻
7、辑操作M=0算术操作S3S2S1S0Cn=1（无进位）Cn=0（有进位）0000F=/AF=AF=A力口10001F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)力口10010F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加10011F=0F=-1F=00100F=/(A*B)F=A力口A*/BF=A加A*/B加10101F=/BF=(A+B)力口A*/BF=(A+B)加A*/B加10110F=(/A*B+A*/B)F=A减B减1F=A减B0111F=A*/BF=A*/B减1F=A*/B1000F=/A+BF=A加A*BF=A加A*B加11001F=/(/A*B+A*/B)F=A加BF=A力口B力口1101
8、0F=BF=(A+/B)加A*BF=(A+/B)加A*B加11011F=A*BF=A*B减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减1F=A输入输出CR CP DQLxxHtHHtLHLxLHLQq图 1-3 (b)74LS273 功能表Vcc 苫Q SD 7D 7Q 6Q 6D 5D 5Q CP098 7-6 5 432IJ_ _ _ .JI y 4 电12 3 4）74LS273管脚分配CR1Q1D2D3Q3Q3D4D4QNDG图 1-3
9、(表1-174LS181功能表ENq匚1-2。二|1AI_2iy_133YI318Ilf2AI4171她7Y|16_2Y3Al_615_I7A辅入输出留了14二“ENAYH-高担平4AI81316ALLLL-底电平5YIZZ912I4YLHHX-任曷GNDI1011二15AHXZ2-曷阻图1-4(a)74LS244管脚分配图1-4(b)74LS244功能五、工作原理运算器的结构框图见图1-5。数据总线(D_BUS)图1-5运算器的结构框图算术逻辑单元ALU是运算器的核心。集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并/串形式构成16位运算器。它可以对两个16位二进制数进行多种算术或
10、逻辑运算，74LS181有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2,当LDR1和LDR2为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。六、实验内容验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。七、实验步骤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
11、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)图1-6实验一键盘实验连线图2、实验过程(1)拨动清零开关CLR,使其指示灯灭。再拨动CLR,使其指示灯亮。(2)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【ES011,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。(3)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。(4)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=01，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
