掌握运算器的组成及工作原理教学资料.doc
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1、掌握运算器的组成及工作原理精品资料实验一 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: 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; 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-II型计算机组成原理实验系统一套,排线若干。四、电路组成:B0B7 本模块由算术逻辑单元ALU 74LS181(U29、U30)、暂存器74LS273(U27、U28)、三态门74LS244(U31)和进位控制电路GAL芯片(
2、U32)等组成。电路图见图1-1(a)、1-1(b)。图1-1(a)ALU电路 图1-1(b)GAL芯片进位控制电路算术逻辑单元ALU是由两片74LS181构成。74LS181的功能控制条件由S3、S2、S1、S0、 M、Cn决定。高电平工作方式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。 两片74LS273构成两个八位数据暂存器,运算器的输出采用三态门74LS244。它们的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 表1-2 74LS181输出端功能符号74LS181功能表见表11,其中符号“”表示逻辑“或”运算,符
3、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 逻辑操作 M=0 算术操作S3 S2 S1 S0Cn=1(无进位)Cn=0(有进位)0 0 0 0F=/A F=AF=A加10 0 0 1F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加10 0 1 0F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加10 0 1 1F=0F=减1(2的补)F=00 1 0 0F=/(A*B)F=A加A*/BF=A加A*/B加10 1 0 1F=/BF=(A+B)加A*/BF=(A+B) 加A*/B加1 0 1 1 0F=(/A*B+A*/B) F=
4、A减B减1F=A减B0 1 1 1F=A*/BF=A*/B减1F=A*/B1 0 0 0F=/A+BF=A加A*BF=A加A *B加1 1 0 0 1F=/(/A*B+A*/B)F=A加BF=A加B加1 1 0 1 0F=BF=(A+/B)加A*BF=(A+/B)加A*B加11 0 1 1 F=A*BF=A*B减1F=A*B 1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A 加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加1 1 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11 1 1 1F=AF=A减1F=A表1-1 74LS181功能表 图1-3(a) 74L
5、S273管脚分配 图1-3(b)74LS273功能表 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: 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,两片74LS181以并串形式构成8位运算器。它可以对两个八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
6、门关闭,此时其输出呈高阻。两片74LS273作为两个八位数据暂存器,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:、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):实验连线图如图16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。)读写控制电路T4A
7、LUJ1 运算器电路S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2BD7BD0数据总线C1 .C6 E5 E4 F5 E3 F4控制总线 图16 实验一 键盘实验连线图2实验过程: 在监控指示灯滚动显示【CLASS SELECt】时按【实验选择】键,显示【ES-_ _ 】输入01或1,按【确认】键,监控指示灯显示为【ES01】,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。再按【确认】键,进入实验一程序,监控指示灯显示【InSt-】,提示输入运算指令,输入两位十六进制数(参考表13和表11),选择执行哪种运算操作。按【确认】键,监控指示灯显示【Lo=0】,此
8、处Lo相当于表11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=0】,默认为“0”,由表11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算,则Cn不起作用)。按【确认】,显示【Ar=1】,不用改变,使用默认值“1”,按【确认】,显示【DATA】,提示输入第一个数据,输入十六进制数【34H】,按【确认】,显示【DATA】,提示输入第二个数据,输入十六进制数【B6H】,按【确认】键,监控指示灯显示【FINISH】,表示运算结束,可从数据总线显示灯观察运算结果。再按【确认】后监控显示灯显示【ES01】,可执行下一运算操作
9、。运算指令( S3 S2 S1 S0)输入数据(十六进制)0 0 0 000或00 0 0 101或10 0 1 002或20 0 1 103或30 1 0 004或40 1 0 105或50 1 1 006或60 1 1 107或71 0 0 008或81 0 0 109或91 0 1 00A或A1 0 1 10B或B1 1 0 00C或C1 1 0 10D或D1 1 1 0 0E或E1 1 1 10F或F表1-3 运算指令关系对照表在给定LT1=34H、LT2=B6H的情况下,改变运算器的功能设置,观察运算器的输出,填入表中,并和理论值进行比较和验证: LT1 LT2S3S2S1S0 M=
10、0(算术运算) M=1(逻辑运算) Cn=1(无进位)Cn= 0(有进位) 34H B6H00或0 F= F= F= 01或1 F= F= F=02或2 F= F= F=03或3 F= F= F=04或4 F= F= F=05或5 F= F= F=06或6 F= F= F=07或7 F= F= F=08或8 F= F= F=09或9 F= F= F=0A或A F= F= F=0B或B F= F= F=0C或C F= F= F=0D或D F= F= F=0E或E F= F= F=0F或F F= F= F= 、开关控制操作方式实验注: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
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