算术逻辑单元实验-1参考.pdf

武汉工商学院实验报告系别：计算机科学与技术专业：班级： 学号：姓名：分数： 指导教师：林孝平朱剑玫课程名：计算机组成原理实验名称：算术逻辑运算单元实验（1）实验目的1、掌握简单运算器的数据传输方式2、掌握 74LS181的功能和应用（2）实验要求完成算术、逻辑运算实验 按照实验步骤完成实验项目，了解算术逻辑运算单元的运行过程3） ALU单元实验硬件构成1、运算器由 2 片（？逻辑的） 74LS181构成 8 位字长的 ALU 单元2、2 片 74LS374（8 个上升沿 D-E 触发器）作为2 个数据锁存器（ DR1、DR2） ， 8 芯插座 ALU-IN 作为数据输入端把 ALU-IN（8 芯的盒型插座）与 CPT-B板上的二进制开关单元中J01插座相连 (对应二进制开关 H16~H23) 3、运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器，由8 个单向 3 态门组成）来控制， 8 芯插座 ALU-OUT 作为数据输出端，可通过短8 芯扁平电缆与数据总线上的 DJ2 相连，把数据输出端连接到数据总线上4） ALU 单元的工作原理数据输入锁存器 DR1 的 EDR1 为低电平，并且 D1CK 有上升沿时，把来自数据总线的数据打入锁存器DR1。

同样使 EDR2 为低电平、D2CK 有上升沿时把数据总线上的数据打入数据锁存器DR2算术逻辑运算单元的核心是由2 片 74LS181 组成，它可以进行2 个 8 位二进制数的算术逻辑运算， 74LS181的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现（S0、S1、S2、S3、M、CN） 当实验者正确设置了74LS181的各个控制信号，74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2 内的数据由于DR1、DR2 已经把数据锁存，只要 74LS181 的控制信号不变，那么74LS181 的输出数据也不会发生改变输出缓冲器采用 74LS244（8 个单向 3 态门组成）控制信号 ALU-O=0 时，74LS244导通， 74LS181 的运算结果输出到数据总线；ALU-O=1 时，74LS244为高阻5） 实验步骤一：不带进位位逻辑或运算实验把 ALU-IN （8 芯的盒型插座）与CPT-B 板上的二进制开关单元中J01插座相连(对应二进制开关H16~H23)，把 ALU-OUT （8 芯的盒型插座）与数据总线上的 DJ2 相连按下面表接线：按启停单元中的运行按钮，使实验平台处于运行状态二进制开关 H16~H23 作为数据输入，置33H（对应开关如下表）。

H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8 位数据 0 0 1 1 0 0 1 1 33H 置各控制信号如下：H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR2 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 选通 DR1 DR2 不通3 态门 不开， 数 据不到 数据总 线无进 位逻辑 运算正逻辑的 74LS181(ALU) 的工作 方式选择按脉冲单元中的 PLS1 脉冲按键，在 D1CK 上产生一个上升沿， 把 33H 打入DR1 数据锁存器信号名称接入开关位号作用有效电平 EDR1 H8 选通 DR1 寄存器0 有效 EDR2 H7 选通 DR2 寄存器0 有效 D1CK PLS1 DR1 寄存器工作脉冲上升沿有效 D2CK PLS1 DR2 寄存器工作脉冲上升沿有效 S0、S1、 S2、S3 分别对应： H0、H1、 H2、H3 74LS181工作方式选 择见附表M H4 选择逻辑或算术运算1：逻辑运算 , 0：算术运算 CN H5 有无进位输入1：无进位CCK PLS1 将 74181 的 Cn+1打入 进位寄存器上升沿有效ALU-O H6 74LS181计算结果输 出至总线0 有效二进制开关 H16~H23 作为数据输入，置55H（对应开关如下表）。

H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8 位数据 0 1 0 1 0 1 0 1 55H 置各控制信号如下：H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR2 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 DR1 不通选通 DR2 3态门不 开， 数据 不到数 据总线无 进 位逻辑 运算正逻辑的 74LS181(ALU) 的工作 方式选择按脉冲单元中的 PLS1 脉冲按键， 在 D2CK 上产生一个上升沿的脉冲， 把 55H打入 DR2 数据锁存器H6(ALU-0) 设为 0使 3 态门开（这时开门输出的数据才是有效数据）经过 74LS181 的计算，把运算结果（ F=A 或 B）输出到数据总线上，数据总线上的 LED 显示灯 IDB0~IDB7 显示为 77H验算：根据 m=1,s3=s2=s1=1,s0=0查 74LS181功能表 ,知：F=A 或 B 3 3 H 0011 0011或 5 5 H 0101 01017 7 H 0111 0111试验结果与验算结果相同。

二：不带进位位加法运算实验二进制开关 H16~H23 作为数据输入，置33H（对应开关如下表）H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8 位数据 0 0 1 1 0 0 1 1 33H 置各控制信号如下：H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR2 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 选通 DR1 DR2 不通3态门不 开， 数据 不到数 据总线无 进 位算术 运算正逻辑的 74LS181(ALU) 的工作 方式选择按脉冲单元中的 PLS1 脉冲按键，在 D1CK 上产生一个上升沿， 把 33H 打入DR1 数据锁存器中二进制开关 H16~H23 作为数据输入，置55H（对应开关如下表）H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8 位数据 0 1 0 1 0 1 0 1 55H 置各控制信号如下： H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR2 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 DR1 不通选通 DR2 3 态门 不开， 数据不 到数据 总线无进 位算术 运算正逻辑的 74LS181(ALU) 的工作 方式选择按脉冲单元中的 PLS1 脉冲按键，在 D2CK 上产生一个上升沿， 把 55H 打入DR2 数据锁存器。

使 H6(ALU-O)=0 ，使 3 态门开（这时开门输出的数据才是有效数据）经过 74LS181的计算，把运算结果 (F=A 加 B)输出到数据总线上，数据总线上的 LED 显示灯 IDB0~IDB7 显示为 88H验算：根据 Cn=1, m=0, s3=s0=1, s2=s1=0 查 74LS181 功能表 ,知：F=A 加 B 3 3 H 0011 0011加 5 5 H 0101 01018 8 H 1000 1000三：带进位位的加法运算实验按启停单元中停止按钮，实验平台停机并且把进位寄存器CY 清零（ CY 灯灭） 在本实验中使用算术逻辑单元作为进位发生器，按运行键，实验即进入运行状态二进制开关 H16~H23 作为数据输入，置65H（对应开关如下表）H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8 位数据 0 1 1 0 0 1 0 1 65H 置各控制信号如下：H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR2 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 按脉冲单元中的 PLS1 脉冲按键，在 D1CK 上产生一个上升沿， 把 65H 打入DR1 数据锁存器。

二进制开关 H16~H23 作为数据输入，置A7H（对应开关如下表）H23 H22 H21 H20 H19 H18 H17 H16 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8 位数据 1 0 1 0 0 1 1 1 A7H 置各控制信号如下： H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR2 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 按脉冲单元中的 PLS1 脉冲按键，在 D2CK 上产生一个上升沿，把A7H 打入 DR2 数据锁存器再置各控制信号如下：H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 EDR1 EDR2 ALU-O CN M S3 S2 S1 S0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 按脉冲单元中的PLS1 脉冲按键，在 CCK 上产生一个上升沿，把74LS181的进位打入进位寄存器中， 在有进位的情况下， CY 指示灯亮，并且 ALU-O 为 0，把计算结果输出到数据总线 经过 74LS181的计算将产生进位， 即 Cn+4 输出 0，当把计算结果输出到总线时， 数据总线指示灯 IDB0~IDB7 将显示结果 0CH。

四：实验题目 在算术逻辑单元中，参考74181 运算功能表，做“（A+B）加 A”的运算（ ” +” 表示逻辑或，“加”表示算术运算 +）实验，设A=27H,B=0a3H 写出实验步骤并 验算。