一、实验目的

 1．掌握运算器的组成及工作原理；

2．了解算术逻辑运算单元的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；

3．验证算术逻辑运算单元的功能。

二、实验设备

计算机组成原理实验系统一套，PC机一台。

三、预习要求

1.复习本次实验所用的各种数字集成电路的性能及工作原理；

2.预习实验步骤，了解实验中要求的注意之处。

四、实验原理

   本实验中运算器原理图如图1-1示。

图1-1 运算器原理图

该运算器可以完成两个8位机器数的运算，其内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据，各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3，S2，S1，S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志FZ。ALU中所有模块集成在一片CPLD中。

ALU和外围电路的连接如图1-2所示，图中的小方框代表排针座。其中ALU的输入和输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上，另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志FZ。请注意：实验箱上凡丝印标注有马蹄形标记‘’，表示这两根排针之间是连通的。

                      图1-2  ALU和外围电路连接原理图

运算器的逻辑功能表如表1-1所示，其中S3 S2 S1 S0 CN为控制信号，FC为进位标志，FZ为运算器零标志，表中功能栏内的FC、FZ表示当前运算会影响到该标志。

                  表1-1 运算器逻辑功能表

说明：表中“X”为任意态，下同

五、实验内容

验证运算器的算术逻辑运算功能（采用正逻辑），在指定数A和数B的取值情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，并与理论值进行分析比较。

六、实验步骤

 (1)按图1-3连接实验电路，并检查无误。图中将用户需要连接的信号用圆圈标明（其它实验相同）。

                  图1-3 实验接线图

(2)将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单步’档，开关KK1、KK3置为‘运行’档。

(3)打开电源开关，如果听到有‘嘀’报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。然后按动CON单元的CLR按钮，将运算器的A、B和FC、FZ清零。

(4)用输入开关向暂存器A置数3。

①拨动CON单元的SD₂₇…SD₂₀数据开关，使其形成真值3对应的机器数。指示灯显示亮为‘1’，灭为‘0’。

②置LDA=1，LDB=0，按动时序单元的ST按钮，产生一个T4上沿，则将数据3的机器数置入暂存器A中，暂存器A的值通过ALU单元的A₇…A₀八位LED灯显示。

(5)用输入开关向暂存器B置数5。

 ①拨动CON单元的SD₂₇…SD₂₀数据开关，使其形成真值5对应的机器数

  ②置LDA=0，LDB=1，连续按动时序单元的ST按钮，产生一个T4上沿，则将数据5置入暂存器B中，暂存器B的值通过ALU单元的B7…B0八位LED灯显示。                         

(6)改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。

①置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0，

②按表1-1置S3、S2、S1、S0和Cn的数值，完成表1-2中的运算，观察并记录数据总线LED显示灯显示的结果。（例如，若要做A与B相加，则应置S3、S2、S1、S0为1001。）

③按动时序单元的ST按钮，观察并记录进位标志FC和零标志FZ。

                          表1-2 运算结果表

如果实验箱和PC联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果。方法是：打开软件，选择联机软件的“【实验】—【运算器实验】”，打开运算器实验的数据通路图，

                                 图1-4数据通路图

如图1-4所示。进行上面的手动操作，每按动一次ST按钮，数据通路图会有数据的流动，反映当前运算器所做的操作，或在软件中选择“【调试】—【单节拍】”，其作用相当于将时序单元的状态开关KK2置为‘单拍’档后按动了一次ST按钮，数据通路图也会反映当前运算器所做的操作。