运算器数据通路实验:理解74LS181与ALU功能
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更新于2024-08-05
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"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。
2019-07-08 上传
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