一、实验目的

1、掌握简单运算器的数据传输方式。

⒉ 验证运算功能发生器(74LS181)及进位控制的组合功能。

二、实验要求

通过Dais-CMX16+计算器组成原型教学实验系统，完成不带进位及带进位算术运算实验、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU控制位的运用。

三、实验原理

2.3.1的实验原理

实验中所用的运算器数据通路如图2-3-1所示。ALU运算器由CPLD描述。运算器的输出经过2片74LS245三态门与数据总线相连，2个运算寄存器AX、BX的数据输入端分别由4个74LS574锁存器锁存，锁存器的输入端与数据总线相连，准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据，经2片74LS245三态门与数据总线相连。

图2-3-1中，AXW、BXW在“搭接态”由实验连接对应的二进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产生的负脉冲把总线上的数据打入，实现AXW、BXW写入操作。

2.3.2的实验原理

  实验中所用的通用寄存器数据通路如下图所示。由四片8位字长的74LS574组成CX（R1 R0）、DX（R3 R2）通用寄存器组。图中X2 X1 X0定义输出选通使能，SI、XP控制位为源选通选择。RXW为寄存器数据写入使能，OP、DI为目的寄存器选择。DRCK信号为寄存器写脉冲，下降沿有效。准双向I/O输入输出端口用于置数操作，经2片74LS245三态门与数据总线相连。

四、实验内容与过程（写出实验步骤、结果截图及对每一个步骤设置的理解）

示例1 算术运算

1、字算术运算

（1）字写操作

通过I/O单元“S15~S0”开关向累加器AX和暂存器BX置数，操作步骤如下：

（2）字读操作

关闭AX、BX写使能，令K18=K17=“1”，按下流程分别读AX、BX。

（3）字加法与减法运算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），FUN及总线单元显示AX+BX的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），FUN及总线单元显示AX－BX的结果。

2、字节算术运算

（1）偶字节写（置数操作）

通过I/O单元“S15~S0”开关向累加器AL和暂存器BL置数，具体操作步骤如下：

（2）偶字节读操作（运算寄存器AL和BL内容送总线）

关闭AL、BL写使能，令K18=K17=1，按下流程分别读AL、BL。

（3）字节减法算术运算（不带进位加）

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），FUN及总线单元显示AL+BL的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），FUN及总线单元显示AL－BL的结果。

示例2　逻辑运算

1、字逻辑运算

（1）字写操作（置数操作）

通过I/O单元“S15~S0”开关向累加器AX和暂存器BX置数，操作步骤如下：

（2）字读操作（运算寄存器AX和BX内容送总线）

关闭AX、BX写使能，令K18=K17=“1”，按下流程分别读AX、BX。

（3）字逻辑运算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），为逻辑与，FUN及总线显示AX逻辑与BX的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），为逻辑或，FUN及总线显示AX逻辑或BX的结果。

2、字节逻辑运算

（1）偶字节写操作（置数操作）

通过I/O单元“S15~S0”开关向累加器AL和暂存器BL置数，具体操作步骤如下：

（2）偶字节读操作（运算寄存器AL和BL内容送数据总线）

关闭AL、BL写使能，令K18=K17=1，按下流程分别读AL、BL。

若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1111）则F=AL，即AL内容送到数据总线。

若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则F=BL，即BL内容送到数据总线。

（3）偶字节逻辑运算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），为逻辑与，FUN及总线显示AL逻辑与BL的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），为逻辑或，FUN及总线显示AL逻辑或BL的结果。

（4）奇字节写操作（置数操作）

通过I/O单元“S15~S0”开关向累加器AH和暂存器BH置数，具体操作步骤如下：

（5）奇字节读操作（运算寄存器AH和BH内容送数据总线）

关闭AH、BH写使能，令K18=K17=1，按下流程分别读AH、BH。

若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1111）则F=AH，即AH内容送到数据总线。

若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则F=BH，即BH内容送到数据总线。

（6）奇字节逻辑运算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），为逻辑与，FUN及总线显示AH逻辑与BH的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），为逻辑或，FUN及总线显示AH逻辑或BH的结果。

示例3　移位运算

◆不带进位循环左移：各位按位左移，最高位移入最低位。

◆不带进位循环右移：各位按位右移，最低位移入最高位。

◆带进位循环左移：各位按位左移，最高位移入C中，C中内容移入最低位。

◆带进位循环右：各位按位右移，最低位移入C中，C中内容移入最高位。

循环移位一般用于实现循环式控制、高低字节的互换，还可以用于实现多倍字长数据的算术移位或逻辑移位。

3、字移位运算

（1）向AX寄存器置数

拨动“I/O输入输出单元”开关向移位源寄存器AX置数，具体操作步骤如下：

（2）AX寄存器移位

令M=0 S1=1参照表2.3.2改变S2、S0的状态，再按动【单拍】按钮，观察AX移位变化。

4、字节移位运算

（1）AL寄存器置数

拨动“I/O输入输出单元”开关向移位源寄存器AL置数，具体操作步骤如下：

（2）AL寄存器移位

令M=0 S1=1参照表2.3.2改变S2、S0的状态，再按动【单拍】按钮，观察AL移位变化。

（3）AH寄存器置数

拨动“I/O输入输出单元”开关向移位源寄存器AH置数，具体操作步骤如下：

（4）AH寄存器移位

令M=0、S1=1参照表2.3.2改变S2、S0的状态，再按动【单拍】按钮，观察AH移位变化。

示例4　进位控制与零标志

（1）进位标志CY

运算标志CY是带复位可预置的进位标志，在运算时由M信号控制，当M=0时，按【单拍】按钮，在DRCK下降沿把当前运算溢出位（进位或借位）打入CY的锁存输出端Q2。在M=1时，由CN位控制CY的“位操作”。当CN=0时，按【单拍】按钮，在DRCK下降沿执行CY的置“1”、清零、取反操作；遇M=1、CN=1时，CY保持原始状态。CY的复位端由管理CPU直接控制。

（2）零标志Z

零标志Z是带复位端的运算结果判零标志，取源于运算器输出FUN。当FUN=00h时，zd为“1”，反之为“0”。；零标志由M信号控制，当M=0时，按【单拍】按钮，在DRCK下降沿把当前zd打入Z（零标志）的锁存输出端Q1。遇M=1，零标志Z保持原始状态。

（3）标志位的初始化

标志位的清零端由系统掌控与控位无关，在手动实验中需要清标志时，通过按动【返回】键来实现标志位的初始化。

系统提供CY与Z的状态灯，其显示特征为：进位标志CY=1时，灯“亮”，反之灯“灭”；零标志Z=1时，灯“亮”，反之灯“灭”。

进位标志CY实验

1、CY标志控制实验

（1）进位控制流程

（2）按上流程建立控制状态，参照下表改变方式控制，按【单拍】观察CY灯的变化

2、进位运算实验

2.3.2

1、寄存器的读写操作

（1）目的通路

当RXW=0时，由DI、OP编码产生目的寄存器地址，详见下表。

（2）CX、DX寄存器的写入

通过“I/O输入输出单元”向CX、DX分别置数1122h、3344h，操作步骤如下：

（3）源通路

当X2 X1 X0=0 0 1时，由SI、XP编码产生源寄存器，详见下表。

（4）CX、DX寄存器的读出

关闭CX、DX写使能，令RXW=1，按下流程分别读CX、DX。

2、实验连线：

 2.3.1连线

K23~K0置“1”，灭M23~M0控位显示灯。然后按下表要求“搭接”部件控制电路。

2.3.2连线

3.实验过程及结果：

示例一、算术运算

1.字算术运算

（1）字写操作

将k10~k6的开关置为10000，在I/O单元进行置数，I/O=1122h，k18打开，k17-16,关闭，按下单拍，1122寄存在寄存器AX，然后将I/O单元进行置数，I/O=3344h，k17打开，k18和k16关闭，按下单拍，3344寄存在寄存器BX。

（2）字读操作

关闭AX、BX写使能，令K18=K17=“1”，令K10~K6=11000，读取FUN，令K15~K11=11111，数据总线显示AX值，令K13~K11=000，读取BX，数据总线显示BX值。

（3）字加法与减法运算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），FUN及总线单元显示AX+BX的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），FUN及总线单元显示AX－BX的结果。

2.字节算术运算

（1）偶字节写（置数操作）

令K10~K6=10001，通过I/O单元置数，I/O=0022h，令K18~K16=100，按单拍，22h寄存到寄存器AL，通过I/O单元置数，I/O=0044h，令K18~K16=010，按单拍，44h寄存到寄存器BL。

（2）偶字节读操作（运算寄存器AL和BL内容送总线）

关闭AL、BL写使能，令K18=K17=1，令K10~K6=11001，读FUN，令K15~K11=11111，数据总线显示AL值，令K13~K11=000，读BL，数据总线显示BL值。

（3）字节减法算术运算（不带进位加）

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），FUN及总线单元显示AL+BL的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），FUN及总线单元显示AL－BL的结果。

示例2　逻辑运算

1.字逻辑运算

（1）字写操作（置数操作）前面示例一已有具体操作流程

（2）字读操作（运算寄存器AX和BX内容送总线）

（3）字逻辑运算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），为逻辑与，FUN及总线显示AX逻辑与BX的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），为逻辑或，FUN及总线显示AX逻辑或BX的结果。

2.字节逻辑运算

（1）偶字节写操作（置数操作）

（2）偶字节读操作（运算寄存器AL和BL内容送数据总线）

• 若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1111）则F=AL，即AL内容送到数据总线。
• 若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则F=BL，即BL内容送到数据总线。

（3）偶字节逻辑运算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），为逻辑与，FUN及总线显示AL逻辑与BL的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），为逻辑或，FUN及总线显示AL逻辑或BL的结果。

（4）奇字节写操作（置数操作）

令K10~K6=10001，I/O单元置数为XX22h，令K18~K16=101，按单拍，将22h寄存在寄存器AH，I/O单元置数为XX66h，令K18~K16=011，按单拍，将66h寄存在寄存器BH。

（5）奇字节读操作（运算寄存器AH和BH内容送数据总线）

关闭AH、BH写使能，令K18=K17=1，令K10~K6=11011，读FUN，令K15~K11=11111，数据总线显示AH值，令K13~K11=000，读BH，数据总线显示BH值。

• 若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1111）则F=AH，即AH内容送到数据总线。
• 若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则F=BH，即BH内容送到数据总线。

（6）奇字节逻辑运算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），为逻辑与，FUN及总线显示AH逻辑与BH的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），为逻辑或，FUN及总线显示AH逻辑或BH的结果。

示例3　移位运算

1.字移位运算

（1）向AX寄存器置数

令K10~K6=10000，I/O单元置数为0080h，令K18~K16=100，按下单拍，将0080h寄存在寄存器AX，AX显示为0080。

（2）AX寄存器移位

     令K10~K6=11000，令M=0，S1=1，进行移位控制，令K18~K16=100，按单拍，移位结果打入AX。

令M=0 S1=1参照表2.3.2改变S2、S0的状态，再按动【单拍】按钮，观察AX移位变化。

2.字节移位运算

（1）AL寄存器置数

令K10~K6=10001，I/O单元置数为XX80h，令K18~K16=100，按下单拍，AL=80。

（2）AL寄存器移位

令K10~K6=11001，令M=0，S1=1，进行移位控制，令K18~K16=100，按单拍，移位结果打入AL。

令M=0 S1=1参照表2.3.2改变S2、S0的状态，再按动【单拍】按钮，观察AL移位变化。

（3）AH寄存器置数

令K10~K6=10001，I/O单元置数为XX80h，令K18~K16=101，按下单拍，AH=80。

（4）AH寄存器移位

令K10~K6=11011，令M=0，S1=1，进行移位控制，令K18~K16=101，按单拍，移位结果打入AH。

令M=0、S1=1参照表2.3.2改变S2、S0的状态，再按动【单拍】按钮，观察AH移位变化。

实验思考

验证表2.3.3  ALU运算器编码表所列的运算功能。

在给定AX=6655h、BX=AA77h的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下页表格中，并和理论分析进行比较、验证。

示例4　进位控制与零标志

进位标志CY实验

（1）CY标志控制实验

进位控制流程

令K23~K0全为1，按【返回】键，CY=0，令K15~K14=10，改变K7、K6，按单拍。

（2）进位运算实验

1、按【返回】键，：令K10~K6=10000，I/O单元置数为FFFEh，令K18~K16=100，按下单拍，AX=FFFEh，I/O单元置数为0003h，K18~K16=010，按下单拍，BX=0003h。

2、带进位加减法运算流程

令K23~K0全为1，关闭控位，令K10~K6=11000，令K15、K13、K12=000，改变K11，令K18-16=100。

3、在完成上流程中规定的设置操作后，按下列顺序执行带进位加减法运算实验：

带进位加法 令K11=0 AX=FFFEH,BX=0003H,CY=0,DBUS=FUN=0001H

            按【单拍】钮 AX=0001H,BX=0003H,CY=1,DBUS=FUN=0005H

            再按【单拍】钮 AX=0005H,BX=0003H,CY=0,DBUS=FUN=0008H

带进位减法 令K11=1 AX=0005H,BX=0003H,CY=0,DBUS=FUN=0002H

            按【单拍】钮 AX=0002H,BX=0003H,CY=0,DBUS=FUN=FFFFH

            再按【单拍】钮 AX=FFFFH,BX=0003H,CY=1,DBUS=FUN=FFFBH

（3）零标志实验（字识别）

1、向寄存器AX和BX置数

令K10~K6=10000，I/O单元置数为0001h，令K18-K16=100，按下单拍，AX=0001h，I/O单元置数为0001h，K18-K16=010，按下单拍，BX=0001h。

2、验证零标志锁存功能

按【返回】键清Z标志，令K23-K0=1,令K15-K11=01101，令K10-K6=11000,标志灯亮，令K11=0,，按单拍，建立零标志运算控制状态。K11=1时减法运算FUN=0000，按【单拍】钮Z标志灯亮（Z=1）；K11=0时加法运算FUN=0002按【单拍】钮Z标志灯灭（Z=0）。

2.3.2

寄存器的读写操作

1、CX、DX寄存器的写入

令K10-K6=10000，I/O单元置数1122h，令K18-K16=000，按单拍，将1122h寄存到寄存器CX中，i/o单元置数3344h，令K18-K16=010，按下单拍，将3344h寄存到寄存器DX中。

2、CX、DX寄存器的读出

关闭CX、DX写使能，令RXW=1，令K19-K18=01，令K10-K6=00100，数据总线显示CX值，令K19=1，数据总线显示DX值。

五．实验总结（包括未完成内容、结果分析、学习心得等）