计算机组成原理实验环境

本实验用到的主要数字功能器件有：4 位算术逻辑运算单元 74LS181 ，8 位数据锁存器 74LS273 ，三态输出的 8 组总线收发器74LS245 ，单脉冲、开关、数据显示灯等。芯片详细说明请见芯片数据手册。

图 1 为本实验所用的运算器电路图，图中尾巴上带加粗标记的线条为控制信号线，其余为数据线。实验电路中涉及的控制信号如下：

       运算器实验电路如图 1 所示。两片 4 位的 74LS181 构成了 8 位字长的 ALU。两个 8 位的 74LS273 作为工作寄存器 DR1 和 DR2，用于暂存参与运算的操作数。参与运算的数据由数据开关通过三态门 74LS245 送入工作寄存器，ALU 的运算结果也通过三态门74LS245 发送到数据显示灯上。

       参与运算的操作数由 SW7~SW0 共 8 个二进制开关来设置，当 SW-BUS=0 时，数据通过三态门 74LS245 输出到 DR1 和 DR2 。DR1 接 ALU 的 A 输入端口，DR2 接 ALU 的 B 输入端口。在 P1 的上升沿将数据打入 DR1 ，送至 74LS181 的 A 输入端口；在P2的上升沿将数据打入 DR2 ，送至 74LS181 的 B 输入端口。

       ALU 由两片 74LS181 构成，其中 74LS181(1) 做低 4 位算术逻辑运算，74LS181(2) 做高 4 位算术逻辑运算，74LS181(1) 的进位输出信号 Cn+4 与 74LS181(2) 的进位输入信号 Cn 相连，两片 74LS181 的控制信号 S3 ~ S0 、M 分别相连。运算结果通过一个三态门 74LS245 输出到数据显示灯上。另外，74LS181(2) 的进位输出信号 Cn+4 可另接一个指示灯，用于显示运算器进位标志信号状态。

运行虚拟实验系统，按照图1绘制运算器实验电路，生成实验电路如图

进行电路预设置，具体步骤如下： (1） 将 ALU-BUS 设为高电平，关闭 ALU 输出端的三态门； (2） 将两片 74LS273 的 MR 都设为高电平，否则 74LS273 会一直处于清零状态。

如下图所示，注意开关，打开电源开关。

设置 SW7~SW0 向 DR1 和 DR2 置数。以 DR1 = 65H ，DR2 = A7H 为例，具体步骤如下： (1） 将 SW-BUS 置 0，打开数据输入端的三态门； (2） 将数据开关的 SW7~SW0 置为 01100101 ； (3） 发出 P1 单脉冲信号，在P1的上升沿，数据打入寄存器DR1； (4） 将数据开关的 SW7~SW0 置为 10100111； (5） 发出 P2 单脉冲信号，在 P2 的上升沿，数据打入寄存器DR2。 (6） 将 SW-BUS 置 1，关闭数据输入端的三态门；

检验 DR1 和 DR2 中存的数是否正确。其具体操作如下： (1） ALU-BUS =0，打开 ALU 输出端的三态门； (2） 设置 Cn=1，ALU 无进位输入； (3） 将 S3、S2、S1、S0、M 置为 00000 ，指示灯应显示 DR1 中数据 01100101； (4） 将 S3、S2、S1、S0、M 置为 10101 ，指示灯应显示 DR2 中数据 10100111。

验证 74LS181 的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）。在给定 DR1=65H ， DR2 = A7H 的情况下，改变运算器的功能模式，观察运算器的输出，并填入表 1，并和理论值进行比较、验证。 注意：A和B分别表示参与运算的两个数，“+”表示逻辑或，“plus”表示算术求和。