实验2 运算器实验（1）
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一、 实验目的
1.掌握开源数字电路模拟软件Logisim的使用；
2.掌握有符号数加减运算溢出检测的基本方法；
3.掌握运算器的组成及其工作原理；
4.验证4位函数发生器74181的组合功能。
二、实验设备
EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
三、实验内容
1.利用Logisim软件设计一个全加器；
2.利用Logisim软件设计一个行波进位的补码加法/减法器；
四、实验步骤
- 74181功能验证
（1） 参考EL-JY-II型实验仪配套的实验指导（实验一），在EL-JY-II型实验仪上完成运算器实验的线路连接；
（2） 74181的功能表如下：
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方式 |
M=1逻辑运算 |
M=0算术运算 |
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S3 S2 S1 S0 |
逻辑运算 |
CN=1（无进位） |
CN=0（有进位） |
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0 0 0 0 |
F=/A |
F=A |
F=A加1 |
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0 0 0 1 |
F=/(A+B) |
F=A+B |
F=(A+B)加1 |
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0 0 1 0 |
F=(/A)B |
F=A+/B |
F=(A+/B)加1 |
|
0 0 1 1 |
F=0 |
F=负1 |
F=0 |
|
0 1 0 0 |
F=/(AB) |
F=A加A(/B) |
F=A加A/B加1 |
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0 1 0 1 |
F=/B |
F=(A+B)加A/B |
F=(A+B)加A/B加1 |
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0 1 1 0（异或） |
F=A⊕B |
F=A减B减1 |
F=A减B |
|
0 1 1 1 |
F=A/B |
F=A(/B)减1 |
F=A(/B) |
|
1 0 0 0 |
F=/A+B |
F=A加AB |
F=A加AB加1 |
|
1 0 0 1 |
F=/(A⊕B) |
F=A加B |
F=A加B加1 |
|
1 0 1 0 |
F=B |
F=(A+/B)加AB |
F=(A+/B)加AB加1 |
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1 0 1 1 |
F=AB |
F=AB减1 |
F=AB |
|
1 1 0 0 |
F=1 |
F=A加A |
F=A加A加1 |
|
1 1 0 1 |
F=A+/B |
F=(A+B)加A |
F=(A+B)加A加1 |
|
1 1 1 0（或） |
F=A+B |
F=(A+/B)加A |
F=(A+/B)加A加1 |
|
1 1 1 1 |
F=A |
F=A减1 |
F=A |
（3） 参考EL-JY-II型实验仪配套的实验指导（实验一），从74181功能表中选择部分功能进行测试，同时记录测试数据与测试结果。
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A |
B |
S3 S2 S1 S0 M Cn |
F |
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00000011 |
00000010 |
011000 |
00000001 |
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00000101 |
00000001 |
100101 |
00000110 |
|
00000110 |
00000010 |
011010 |
00000100 |
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00000101 |
00000001 |
111010 |
00000101 |
2、运算器数据传输通路分析与模拟；
（1） 学习Logisim中分割器（Splitter）、通道（Tunnel）组件、寄存器（Rigister）等组件，分析电路图lab1-3中运算器的数据通路；
（2） 设计一个操作流程，要求通过该流程能够在电路图lab1-3上模拟两个16位数的算术或逻辑运算，并将运算结果显示在输出灯上。
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操作 说明
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先分别输入两个16位数，每输入一个数时，先打开C-G，然后点LDR1按钮暂存第一个数，然后点灭C-G、LDR1；第二个数输入后，按打开C-G，然后点LDR2按钮暂存第二个数。此时，两个数据均储存在ALU里，点击ALU-G，再根据表格依次点击，完成对应运算
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第1步 |
输入第一个16位数：0000000000000101，先打开C-G，然后点LDR1按钮暂存第一个数，然后点灭C-G、LDR1 |
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第2步 |
第二个数：0000000000000001输入后，按打开C-G，然后点LDR2按钮暂存第二个数 |
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第3步 |
点击ALU-G，依次点亮S0、S3、Cn，点击AR,实现两个数的加法算数运算 |
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第4步 |
计算结果可知： 0000000000000101+0000000000000001=0000000000000110 |
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最终结果 （截图） |
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问：该实验如何实现多种不同运算的控制？
答：运算器部件要实现多种不同的功能，必须由控制器提供控制信号，运算器只是一个被动执行的部件。S0,S1, S2，S3是功能选择控制端，决定是做加、减、逻辑与、逻辑或、逻辑异或、移位等运算，表一的实验结果与手工验算完全一致，从而验正了整个ALU的算术/逻辑运算功能和移位处理功能。灵活运用SO，S1, S2，S3的不同组合可以实现许多其它功能，如通过移位运算可以实现数据的乘2(左移一位)和除2运算(右移一位)此外选择S3S2S1S0=0000或S3S2S1 S0=0001将操作数A或B可以直接送到ALU的输出，这样可以直接验证输入数据是否正确。
