运算器数据通路实验：理解74LS181与ALU功能

"该实验旨在让参与者熟悉74LS181函数功能发生器的使用，理解运算器数据通路的工作原理，并通过实际操作完成多种算术逻辑运算，以深化对运算器工作原理的认识。实验涉及到计算机组成原理，特别是运算器数据通路的设计和实现，同时涵盖了一部分实验报告的编写内容。" 在计算机科学中，运算器是计算机硬件系统的核心组成部分之一，主要负责执行算术和逻辑运算。在这个实验中，重点在于理解和操作74LS181，这是一款四位函数功能发生器，能够根据控制参数S3到S0以及模式控制M执行32种不同的算术和逻辑运算。当M=0时，74LS181执行算术运算；当M=1时，则执行逻辑运算。进位采用反码形式处理，使得它也能进行数的比较操作。实验者需要熟悉其操作功能，并能够在正逻辑系统中正确运用。 运算器数据通路由多个组件构成，包括ALU、缓冲寄存器、移位门、总线等。ALU是运算器的核心，它接收来自缓冲寄存器SA和SB的操作数，执行运算后，通过移位门将结果送回总线。在这个过程中，74LS181的输出可能需要经过移位，如右移时，最右边的位会进入进位位C，而最左边则补0。左移操作则可以通过ALU的"A+A"模式来实现。此外，数据通路中还需要适当的三态门隔离器，例如74LS244，以控制数据在总线上的流动。 实验电路设计包括在ALU与总线之间添加必要的控制门，如右移控制门，以及将指令寄存器连接到总线上，以存储ALU的控制信息。实验者需要设计一个运算器，能够执行包括加法、减法、比较在内的八种补码运算指令，这就要求他们理解补码表示法以及这些运算在硬件层面上如何实现。 控制信号是实验中的关键要素，它们指示ALU执行特定的运算并控制数据的流向。通过调整S3到S0和M的值，可以改变74LS181的操作模式，从而实现各种运算。例如，设置正确的控制信号可以使ALU产生进位输出，用于影响程序的流程，或者通过A=B和Cn+4端的输出来判断运算的结果，进而驱动程序的条件分支。 这个实验是一个实践性的学习过程，旨在通过动手操作加深对计算机运算器工作原理的理解，尤其是74LS181的功能和运算器数据通路的构建。参与者不仅需要掌握理论知识，还需要具备实际操作和问题解决的能力，这对于理解计算机底层运作和进一步研究计算机系统至关重要。