14级硬件实验指导书

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1、硬件技术基础实验指导书计算机硬件技术基础实验指导书计算机科学与技术学院软件学院10硬件技术基础实验指导书实验一运算器实验【实验目的与要求】1．掌握运算器的组成、功能及工作原理；2．验证由74LS181组成的16位ALU的功能，进一步验证带初始进位的ALU的功能；3.熟悉运算器执行算术运算操作和逻辑运算操作的具体实现过程。【实验设备和环境】本实验使用EL-JY-II型计算机组成原理实验挂箱一组连接线。【实验内容】一．实验原理算术逻辑单元ALU是运算器的核心。集成电路74LS181是4位ALU，四片74LS181以串行方式构成16位运算器。它可以对两个1

2、6位二进制数进行多种算术或逻辑运算，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。运算器的结构见图1-1：图1-1运算器实验原理74LS181功能见表1-1

3、，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，汉字“加”表示算术加运算，汉字“减”表示算术减运算。10硬件技术基础实验指导书表1-174LS181功能表选择M=1逻辑操作M=0算术操作S3S2S1S0Cn=1（无进位）Cn=0（有进位）0000F=/AF=AF=A加10001F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加10010F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加10011F=0F=－1F=00100F=/(A*B)F=A加A*/BF=A加A*/B加10101F=/BF=(A+B)加A*/BF=(

4、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加B加11010F=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=A74LS181的功

5、能控制条件由S3、S2、S1、S0、M、Cn决定。高电平方式的74LS181的管脚分配和引出端功能符号见图1-2。图1-274LS181的管脚分配和引出端功能二．实验步骤1.实验连线按图1-3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。10硬件技术基础实验指导书BD15…….BD8数据总线BD7…….BD0DIJ1DIJ-GDIJ2数据输入电路C-GS3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2控制开关电路T+finf8脉冲及时序电路运算

6、器接口S3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2控制总线T4图1－3运算器实验接线图2、通过数据输入电路的开关向两个数据暂存器中置数注意：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”。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，使其指示灯灭。再拨动CLR，使其指示灯亮。置ALU-G＝1，关闭ALU的三态门；再置C

7、-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

8、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，