實驗基於多思計算機組成原理網絡虛擬實驗系統
實驗室地址：http://www.dsvlab.cn/
實驗目的： 通過門電路實現運算器
1）掌握算術邏輯運算單元的工作原理。
2） 熟悉簡單運算器的電路組成。
3） 熟悉 4 位運算功能發生器（74LS181）的算術、邏輯運算功能。
提示：
74LS181的特性限制：
由於74LS181芯片的特性所致，僅能接受四位數據的處理，但是一般而言，一個字佔八個字節，所以如果我們要處理一個字的數據量時，就需要對74LS181 進行組合以滿足處理八位數據的要求。故採用兩片74LS181芯片進行組合使用。
三態門：
計算機中的記憶元件由觸發器組成，而觸發器只有兩個狀態。即“0”態和“1”態，所以每條信號線上只能傳送一個觸發器的信息。如果要在一條信號線上連接多個觸發器，而每個觸發器可以根據需要與信號線連通或斷開，當連通時可以傳送“0”或“1”,斷開時對信號線上的信息不產生影響，就需要一個特殊的電路加以控制，此電路即爲三態輸出電路，又稱爲三態門。
實驗思路：
實驗電路圖：
實驗基本原理概述：
運算器的工作原理其實還是很簡單的，以我們平時計算1 + 2 = 3爲例進行闡述：
1. 輸入數據信息 1 ，2 ，通過數據開關的操作來完成數據的輸入處理，由於計算機不像人一樣有數以萬計的神經元細胞，所以他必須依賴於三態門來進行信息的記憶，也就是圖中74LS245芯片的作用（注：74LS245即一個三態門）。
2. 信息保存。將三態門所存的信息保存至數據鎖存芯片74LS273，以用來保存輸入的數據信息。
3. 數據運算，將鎖存器的信息加載至74LS181中，進行數據的運算處理，而單純有數據是遠遠不夠，還必須有運算規則，圖中s3 ----- s0 的作用就在提供不同的運算規則，其中M的作用用於區分計算是屬於算數運算還是邏輯運算。
4. 保存數據運算結果，將計算結果暫存至74LS245，便於後序的輸出。
5. 小燈顯示數據信息。
下面是對實驗圖中所需元器件部件具體功能概述：
1） M：選擇 ALU 的運算模式（M=0，算術運算；M=1，邏輯運算）。
2） S3，S2，S1，S0：選擇 ALU 的運算類型，例如在算術運算模式下設爲 1001 則 ALU做加法運算，詳見 74LS181 功 能表 3-1。
3） Cn：向 ALU 最低位輸入的進位信號，Cn=0 時有進位輸入，Cn=1 時無進位輸入。
4） Cn+4：ALU 最高位向外輸出的進位信號，爲 0 時有進位輸出，爲 1 時無進位輸出。
5） P1：脈衝信號，在上升沿將數據打入 DR1。74LS273 觸發器在時鐘輸入爲高電平 或低電平時，輸入端的信號不影響輸出，僅僅在時鐘脈衝的上升沿，輸入端數據纔會發送到輸出端，並將數據鎖存。
6） P2：脈衝信號，在上升沿將數據打入 DR2。
7） MR：芯片 74LS273 的清零信號，低電平有效。當MR爲電平時，74LS273 的數據
輸出引腳被置零。
8） ALU − BUS：ALU 輸出三態門使能信號，爲 0 時將 74L9） SW − BUS：開關輸出三態門使能信號，爲 0 時將 SW7~SW0 數據送到數據總線
連接線路
由於線路相對較多，所以將會逐步對連線結果進行解釋，以期讀者能瞭解每步連接的具體連接細節。
1.實驗元器件準備
2. 輸入數據的連接
在輸入數據的連接過程中，右側的74ls273同左側的接線方式一模一樣，此處不加以贅述。
3.數據信息的保存
由於74LS181芯片的限制，我們在對數據進行運算時，需要分別對數據的第四位，高四位進行運算，最後對結果進行整合，已完成對八位數據的運算。圖中僅展示了連接第四位時數據的接線情況，高位連接同底位連接方式相同，值得一提的就是SinglePulse的作用，其是一個單脈衝期間，單脈衝有效時纔會將數據信息保存至具體的74LS273芯片中。
類似一個選擇器的作用，選擇將信息存放至不同的鎖存器中。
糾錯
最後在檢查時發現此處連接有誤，由於過多的文字闡述，返工比較耗費時間，請多擔待，下面將貼出正確的連接圖。
正確連接：
4.運算結果的處理
此處一定要注意圖中標出來的提示信息！
5.結果輸出
完整電路圖：
實驗操作步驟：
1. 進行電路預設置，具體步驟如下：
1） 將ALU − BUS設爲高電平，關閉 ALU 輸出端的三態門； 輸出開關
2） 將兩片 74LS273 的MR都設爲高電平，否則 74LS273 會一直處於清零狀態。
3. 打開電源開關。
2. 設置 SW7~SW0 向 DR1 和 DR2 置數。以 DR1=65H，DR2=A7H 爲例，具體步驟如下：
1） 將SW − BUS置 0，打開數據輸入端的三態門；
2） 將數據開關的 SW7~SW0 置爲 01100101；
3） 發出 P1 單脈衝信號，在 P1 的上升沿，數據打入寄存器 DR1；
4） 將數據開關的 SW7~SW0 置爲 10100111；
5） 發出 P2 單脈衝信號，在 P2 的上升沿，數據打入寄存器 DR2。
6） 將SW − BUS置 1，關閉數據輸入端的三態門；3. 檢驗 DR1 和 DR2 中存的數是否正確。其具體操作如下：
1） ALU − BUS=0，打開 ALU 輸出端的三態門；
2） 設置 Cn=1，ALU 無進位輸入；
3） 將 S3、S2、S1、S0、M 置爲 00000，指示燈應顯示 DR1 中數據 01100101；
4） 將 S3、S2、S1、S0、M 置爲 10101，指示燈應顯示 DR2 中數據 10100111。
操作：
輸入信息：
按照操作提示進行操作，其中ALU − BUS=0 ，Sw-BUs值得就是三態門的控制開關！！！！
結果顯示：
總結
實驗電路至此就已經搭建完成，由於連接失誤，在第三部數據保存時，出現了一些連接錯誤，出現的問題也已及時糾正，按照文章內容可以保證順利搭建好電路圖，由於時間顯示筆者並沒有將所有的實驗結果進行記錄。