实验一 实验由运算器组成
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74LS算术逻辑功能181。
4.根据给定数据完成指定的算术和逻辑操作。
二、实验电路
图3.1显示了本实验中使用的计算器数据通路图。参与操作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-SW设置0，然后输入双端口通用寄存器堆RF中。
RF(U54)由一个ispLSI实现1016，功能相当于四个8位通用寄存器，用于保存参与操作的数据，并将操作结果发送到RF中保存。在双端口寄存器堆模块的控制信号中，RS1、RS用于选择从B端口(右端口)读取的通用寄存器，RD1、RD0用于选择从A端口(左端口)读取的通用寄存器。而WR1、WR0用于选择写入的通用寄存器。LDRi当LDRi=1时，数据总线DBUS上的数据在T3写入由WR1、WR指定的通用寄存器。RF的A、B操作数临存器端口和操作数临存器端口DR1、DR二相连；另外，RFB端口通过三态门连接到数据总线DBUS上，因而RF中间的数据可以通过B端口直接发送到DBUS上。
DR1(U47)和DR2(U48)各由1片74LS用于暂存参与运算的数据构成273。DR1接ALU的A输入端口，DR2接ALUB输入端口。ALU(U31、U35)由两片74LS181构成，ALU输出通过三态门(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。
图中尾部粗短线标记的信号是控制信号，其中S3、S2、S1、S0、M、Cn#、LDDR1、LDDR2、ALU_BUS#、SW_BUS#、LDRi、RS1、RS0、RD1、RD0、WR1、WR0是电位信号，在本实验中使用拨动开关K0—K15来模拟；T2、T三是时序脉冲信号，时序电路已连接到印刷板上的实验台。单拍操作在实验中进行，每次只产生一组T1、T2、T3、T4时序脉冲需要在实验台上使用DP、DB正确设置开关。单拍操作在实验中进行，每次只产生一组T1、T2、T3、T4时序脉冲需要在实验台上使用DP、DB正确设置开关。DP开关置1，DB每次按下0个开关QD按钮，顺序生成T1、T2、T3、T四组单脉冲。
三、实验设备
1. TEC-计算机组成实验系统1台
2. 一支逻辑测试笔(在TEC-5实验台上)
3. 一台双踪示波器(公用)
4. 一个万用表(公用)
四、实验任务
1. 按图3.如1所示，将计算器模块连接到实验台操作板上的线路。由于计算器模块的内部连接已通过印刷板连接，接线任务仅完成数据开关、控制信号模拟开关和与计算器模块的外部连接。注：为了建立清晰的整机概念，培养严格的科研能力，手动连接是绝对必要的。
2. 用开关SW7—SW0到通用寄存器堆RF内的R0—R3.读取寄存器的数量。R0—R3的内容，在数据总线DBUS显示在上面。
3. 验证ALU正逻辑算术，逻辑操作功能。
令DR1=55H，DR2=0AAH，Cn#=1。在M=0和M=在12种情况下，令S3—S0的值从0000B变到1111B，列表显示实验结果。实验结果包括进位。C，指示灯显示进位C。注：进位C是一个计算器ALU最高位进位Cn 4#反，即有进位为1，无进位为0。
五、实验要求
1. 做好实验预览，掌握数据传输通路及其功能特性，熟悉模拟开关在本实验中的作用和使用方法。
2. 写实验报告是：
(1) 实验目的。
(2) 根据实验任务3的要求，列表显示实验结果。
(3) 根据实验任务4的要求，在表中填写控制信号模拟开关值和计算结果值。
六、实验步骤和结果
(1)实验任务2 实验步骤和结果如下:(假设令R0=34H，R1=21H，R2=52H，R3=65H)
1． 置DP=1，DB=编程开关拨到正常位置。
接线表如下：
数据通路
WR0
WR1
RS0
RS1
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的实验步骤和结果如下:
1．置DP=1，DB=编程开关拨到正常位置。
接线图如下：
数据通路
WR0
WR1
RD0
RD1
RS0
RS1
LDRi
电平开关
K0
K1
K2
K3
K4
K5
K6
数据通路
LDDR1
LDDR2
S0
S1
S2
S3
M
电平开关
K7
K7
K8
K9
K10
K11
K12
数据通路
ALU_BUS#
SW_BUS#
电平开关
K13
K14
数据通道信号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。
以下2条是M=H逻辑操作。
5． 置K6(LDRi)=1，K7(LDR1和LDR2)=0，K8(S0)=0，K9(S1)=0，K10(S2)=0，K11(S3)=0，K12(M)=1，K13(ALU_BUS#)=0，K14(SW_BUS#)=1。在数据总线DBUS逻辑运算结果0AAH。按QD按钮，观察到进位C为0。
6． 其他开关设置不变，只改变K8(S0)、K9(S1)、K10(S2)、K11(S3)设置，观察其他15个逻辑操作结果，并按QD按钮，观察进位C。
以下2条是M=L算术操作时进行。
7． 置K6(LDRi)=1，K7(LDR1和LDR2)=1，K8(S0)=0，K9(S1)=0，K10(S2)=0，K11(S3)=0，K12(M)=0，K13(ALU_BUS#)=0，K14(SW_BUS#)=1.数据总线DBUS计算结果为55H。按QD按钮，观察到进位C为0。
8． 其他开关设置都不变，只改变K8(S0)、K9(S1)、K10(S2)、K11(S3)设置，观察其他15种算术运算结果，并按QD按钮，观进位C。
实验结果如下：
表3.2 实验任务3实验结果(DR1=55H,DR2=0AAH)
工作方式输入选择
S3 S2 S1 S0
逻辑运算(M=H,Cn#=1)
算术运算(M=L,Cn#=1)
运算结果
进位C
运算结果
进位C
0 0 0 0
AAH
0
55H
0
0 0 0 1
00H
0
FFH
0
0 0 1 0
AAH
0
55H
0
0 0 1 1
00H
0
FFH
0
0 1 0 0
FFH
0
AAH
0
0 1 0 1
55H
0
54H
1
0 1 1 0
FFH
0
AAH
0
0 1 1 1
55H
0
54H
1
1 0 0 0
AAH
0
55H
0
1 0 0 1
00H
0
FFH
0
1 0 1 0
AAH
0
55H
0
1 0 1 1
00H
0
FFH
0
1 1 0 0
FFH
0
AAH
0
1 1 0 1
55H
0
54H
1
1 1 1 0
FFH
0
AAH
0
1 1 1 1
55H
0
54H
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