《计算机组成原理》实验指导书
李选政 编著
电子技术省级实验教学示范中心
实验一 算术逻辑运算实验
一、实验目的：
1、掌握简单运算器的组成以及数据传送通路。 2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。
二、实验内容：
1、用算术逻辑运算器进行算术逻辑运算。
三、实验仪器：
1、计算机组成原理教学实验箱 一台 2、排线 若干
四、实验原理：
实验中所用的运算器数据通路如图1-1所示。其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据输入开关（INPUT）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连。数据显示灯已和数据总线（“DATA BUS”）相连，用来显示数据总线内容。
图1 运算器数据通路图
图1-2中已将实验需要连接的控制信号用箭头标明（其他实验相同，不再说明）。其中除T4为脉冲信号，其它均为电平控制信号。实验电路中的控制时序信号均已内部连至相应时序信号引出端，进行实验时，还需将S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU_G、SW_G各电平控制信号与“SWITCH”单元中的二进制数据开关进行跳线连接,其中ALU_G、SW_G为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。按动微动开关PULSE，即可获得实验所需的单脉冲。
五、实验步骤及注意事项：
l、按图1-2连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一 一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）
SIGNALT4+PSALUALU_GS3S2S1S0MCNALU_GS3S2S1S0MCN图2 算术逻辑运算实验接线图
2、用INPUT UNIT的二进制数据开关向寄存器DR1和DR2置数，数据开关的内容可以用与开关对应的指示灯来观察，灯亮表示开关量为“1”，灯灭表示开关量为“0”。以向DR1中置入11000001（C1H）和向DR2中置入01000011（43H）为例，具体操作步骤如下：
首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并将CONTROL UNIT的开关SP05打在“NORM”状态，然后按下图所示步骤进行。
数据开关（11000001）打开三态门寄存器DR1（11000001）数据开关（01000011）寄存器DR2（01000011） 上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT的触动开关PULSE来产生的。
置数完成以后，检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（SW_G=1），打开ALU输出三态门（ALU_G=0），使ALU单元的输出结果进入总线。当设置S3、S2、S1、S0、M、CN的状态为111111时，DATA BUS单元的指示灯显示DR1中的数；而设置成101011时，DATA BUS单元的指示灯显示DR2中的数，然后将指示灯的显示值与输入的数据进行对比。
3、验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）
74LS181的功能见表1-1，可以通过改变S3 S2 S1 S0 M CN的组合来实现不同的功能，表中“A”和“B”分别表示参与运算的两个数，“+”表示逻辑或，“加”表示算术求和。
表1 74LS181功能表 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 0 0 0
接到DATA BUSD0..JD1.D7LDDR1LDDR2LDDR1LDDR2SWITCHINPUTSW_GSW_G SW_G=0LDDR1=1LDDR2=0T4=LDDR1=0LDDR2=1T4=M=0（算术运算） CN=1无进位 CN=0有进位 F=A加1 F=（A?B）加1 F=（A?F=0 ABBBM=1 （逻辑运算） F=A F=A?F=0 B0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 F=A 1 F=A?B 0 F=A? AB ）加1 加1 F=AB F=AB F=B F=A?B F=AB 1 F=0减1 0 F=A加1 F=（A?B）加0 F=A减B减1 1 F=ABF=A加 ABF=（A?B）加AB加1 F=A减B F=AB减1
1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 F=A加AB 1 F=A加B 0 F=（A?BF=A加AB加1 F=A加B加1 F=（A?F=AB F=A加A加1 F=（A?B）加A加1 F=（A?F=A BBF=A?F=B B F=A?B F=AB F=1 F=A?F=A B）加AB ）加AB加1 1 F=AB减1 0 F=A加A 1 F=（A?B）加A 0 F=（A?B ）加A ）加A加1 F=A?B 1 F=A减1 通过前面的操作，我们已经向寄存器DR1写入C1H，DR2写入43H，即A=C1H，B=43H。然后改变运算器的控制电平S3 S2 S1 S0 M CN的组合，观察运算器的输出，填入表1-2中，并和理论值进行比较、验证74LS181的功能。
表2 运算器功能实验表
DR1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 DR2 S3 S2 S1 S0 43 43 43 43 43 43 43 43 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 M=0（算术运算） CN=1无进位 F= F= F= F= F= F= F= F= CN=0有进位 F= F= F= F= F= F= F= F= F= F= F= F= F= F= F= F= M=1 （逻辑运算） 六、实验报告：
1、在显示结果后将指示灯显示值与输入的数据进行比较；
2、完成表2，比较理论分析值与实验结果值，并对结果进行分析。
七、思考题：
1、运算器的功能是什么？核心部分是什么？
实验二 进位控制实验
一、实验目的
验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能。
二、实验内容：
1、按给定的数据完成几种指定的算术运算。
三、实验仪器：
1、计算机组成原理教学实验箱 一台 2、排线 若干
四、实验原理：
进位控制运算器的实验原理如图1-3所示，在实验1.1的基础上增加进位控制部分，其中74LS181的进位进入一个锁存器，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，实验时将T4连至“SIGNAL UNIT”的TS4上。AR是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中。
图l 进位控制实验原理图
五、实验步骤及注意事项：
1、1-4连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）
2、进位标志清零。具体操作方法如下：
实验板中“SWITCH”单元中的CLR开关为标志位CY、ZI的清零开关，它为0时（开关向上为1，向下为0）是清零状态，所以将此开关做l→0→1操作，即可使标志位CY、ZI清零（清零后CY、ZI指示灯亮）。
3、用INPUT UNIT的二进制数据开关向DR1存入11000001，向DR2存入01000011。具体操作步骤如下：
各个控制电平的初始状态为：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，AR=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M