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实验一 运算器组成实验
一、实验目的
1．熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。 2．熟悉简单运算器的数据传送通路。 3．验证运算器74LS181的算术逻辑功能。
4．按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。
二、实验电路
数据显示灯DBUS7ALU-BUS#LDRiT3S3S2S1S0MCn+4F7F6F5F4CnF3F2F1F0Cn+4Cn三态门（244）DBUS0CCn#ALU（181）A7A6A5A4B7B6B5B4ALU（181）A3A2A1A0B3B2B1B0LDDR1T2DR1（273）LDDR2T2DR2（273）RS-BUS#三态门RD1RD0LDRiT3A双端口通用寄存器堆RF（ispLSI1016）BRS1RS0WR1WR0SW-BUS#三态门（244）数据开关(SW7-SW0)图3.1 运算器实验电路
图3.1示出了本实验所用的运算器数据通路图。参与运算的数据首先通过实验台操作板上的八个二进制数据开关SW7-SW0来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆RF中。
RF(U54)由一个ispLSI1016实现，功能上相当于四个8位通用寄存器，用于保存参与运算的数据，运算后的结果也要送到RF中保存。双端口寄存器堆模块的控制信号中，RS1、RS0用于选择从B端口（右端口）读出的通用寄存器，RD1、RD0用于选择从A端口（左端口）读出的通用寄存器。而WR1、WR0用于选择写入的通用寄存器。LDRi是写入控制信号，当LDRi＝1时，数据总线DBUS上的数据在T3写入由WR1、WR0指定的通用寄存器。RF的A、
'.
.
B端口分别与操作数暂存器DR1、DR2相连；另外，RF的B端口通过一个三态门连接到数据总线DBUS上，因而RF中的数据可以直接通过B端口送到DBUS上。
DR1(U47)和DR2(U48)各由1片74LS273构成，用于暂存参与运算的数据。DR1接ALU的A输入端口，DR2接ALU的B输入端口。ALU(U31、U35)由两片74LS181构成，ALU的输出通过一个三态门（74LS244）发送到数据总线DBUS上。
实验台上的八个发光二极管DBUS7-DBUS0显示灯接在DBUS上，可以显示输入数据或运算结果。另有一个指示灯C显示运算器进位标志信号状态。
图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，其中S3、S2、S1、S0、M、Cn#、LDDR1、LDDR2、ALU_BUS#、SW_BUS#、LDRi、RS1、RS0、RD1、RD0、WR1、WR0都是电位信号，在本次实验中用拨动开关K0—K15来模拟；T2、T3为时序脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路。实验中进行单拍操作，每次只产生一组T1、T2、T3、T4时序脉冲，需将实验台上的DP、DB开关进行正确设置。将DP开关置1，DB开关置0，每按一次QD按钮，则顺序产生T1、T2、T3、T4一组单脉冲。
三、实验设备
1. 2. 3. 4.
TEC-5计算机组成实验系统1台
逻辑测试笔一支（在TEC-5实验台上） 双踪示波器一台（公用） 万用表一只（公用）
四、实验任务
1. 按图3.1所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。由于运算器模块
内部的连线已由印制板连好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号模拟开关、与运算器模块的外部连线。注意：为了建立清楚的整机概念，培养严谨的科研能力，手工连线是绝对必要的。
2. 用开关SW7—SW0向通用寄存器堆RF内的R0—R3寄存器置数。然后读出R0—R3
的内容，在数据总线DBUS上显示出来。 3. 验证ALU的正逻辑算术、逻辑运算功能。
令DR1=55H，DR2=0AAH，Cn#=1。在M=0和M=1两种情况下，令S3—S0的值从0000B变到1111B，列表表示出实验结果。实验结果包含进位C，进位C由指示灯显示。注意：进位C是运算器ALU最高位进位Cn+4#的反，即有进位为1，无进位为0。
五、实验要求
1. 做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路及其功能特性，并熟悉本实验中所用
的模拟开关的作用和使用方法。 2. 写出实验报告，内容是：
(1) 实验目的。
(2) 按实验任务3的要求，列表表示出实验结果。 (3) 按实验任务4的要求，在表中填写各控制信号模拟开关值，以及运算结果值。
六、实验步骤和实验结果 （1）实验任务2 的实验步骤和结果如下：（假定令R0=34H，R1=21H，R2=52H，R3=65H）
1． 置DP=1，DB=0，编程开关拨到正常位置。 接线表如下：
WR0 WR1 RS0 RS1 数据通路 '.
SW_BUS# RS_BUS# LDRi .
电平开关 K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 2． 打开电源
以下4条是将34H、21H、52H、65H分别写入R0、R1、R2、R3 3． 置K0(WR0)=0，K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1， K6(LDRi)=1，SW7－SW0=34H。
在DBUS上将观察到DBUS=34H。按QD按钮，将34H写入R0。 4． 置K0(WR0)=1，K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1， K6(LDRi)=1，SW7—SW0=21H。
在DBUS上将观察到DBUS=21H。按QD按钮，将21H写入R1。 5． 置K0(WR0)=0，K1(WR1)=1，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1， K6(LDRi)=1，SW7—SW0=52H。
在DBUS上将观察到DBUS=52H。按QD按钮，将52H写入R2。 6． 置K0(WR0)=1，K1(WR1)=1，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1， K6(LDRi)=1，SW7—SW0=65H。
在DBUS上将观察到DBUS=65H。按QD按钮，将65H写入R3。 以下4条是在DBUS总线上显示R0、R1、R2、R3的值
7． 置K2(RS0)=0，K3(RS1)=0，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0， K6(LDRi)=0，在DBUS上将
观察到DBUS=34H。
8． 置K2(RS0)=1，K3(RS1)=0，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0， K6(LDRi)=0，在DBUS上将
观察到DBUS=21H。
9． 置K2(RS0)=0，K3(RS1)=1，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0， K6(LDRi)=0，在DBUS上将
观察到DBUS=52H。
置K2(RS0)=1，K3(RS1)=1，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0， K6(LDRi)=0，在DBUS上将观
察到DBUS=65H。
（2）实验任务3的实验步骤和实验结果如下： 1．置DP=1，DB=0，编程开关拨到正常位置。 接线图如下： 数据通路 电平开关 数据通路 电平开关 数据通路 ALU_BUS# 电平开关 K13
数据通路的信号Cn#接VCC。 1． 打开电源
以下2条是向R0写入55H，向R1写入0AAH。 2． 置K0(WR0)=0，K1(WR1)=0，K6(LDRi)=1， K13(ALU_BUS#)=1，K14(SW_BUS#)=0。置SW7-SW0
为55H，按QD按钮，将55H写入R0。 3． 置K0(WR0)=1，K1(WR1)=0，K6(LDRi)=1， K13(ALU_BUS#)=1，K14(SW_BUS#)=0。置SW7-SW0
为0AAH，按QD按钮，将0AAH写入R1。 以下1条是将R0写入DR1，将R1写入DR2。 4． 置K2(RD0)=0，K3(RD1)=0，K4(RS0)=1，K5(RS1)=0，K6(LDRi)=0，K7(LDDR1和LDDR2)=1。
按QD按钮，将R0写入DR1，将R1写入DR2。这时DR1=55H，DR2=0AAH。
'.
WR0 K0 LDDR1 K7 WR1 K1 LDDR2 K7 RD0 K2 S0 K8 SW_BUS# K14 RD1 K3 S1 K9 RS0 K4 S2 K10 RS1 K5 S3 K11 LDRi K6 M K12
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