运算器组成实验：基于74LS181的ALU设计与验证

"《计算机组成原理与系统结构》实验指导书是针对计算机科学与技术专业的一份实验手册，旨在帮助学生掌握运算器的基本构造和功能。实验1是运算器组成实验，通过实操来理解数据传送通路和验证运算功能发生器74LS181的组合功能。实验中使用了两片74LS181构成8位ALU，与数据总线通过三态门74LS245相连，并利用74LS373锁存器和数据开关进行数据输入和显示。控制信号通过微动开关和二进制数据开关模拟，实验内容包括设置和检查数据寄存器的内容以及验证74LS181的算术和逻辑运算能力。" 实验1的主要目标是让学生理解和实践以下知识点： 1. **运算器数据通路**：了解数据如何在运算器内部流动，从数据输入到计算再到结果输出的过程。这涉及到数据总线、锁存器、三态门等关键组件。 2. **74LS181运算功能发生器**：学习这款集成电路的功能，它能实现基本的算术和逻辑运算。通过实验验证其组合功能，如加法、减法、逻辑与、逻辑或等。 3. **三态门的作用**：三态门用于控制数据总线上的数据传输，可以使其处于导通、截止或高阻态，以允许或阻止数据流动。 4. **锁存器**：74LS373作为锁存器，用于暂时存储数据，确保在运算过程中数据的稳定。 5. **控制信号模拟**：理解并操作控制信号，如T4脉冲、S3-S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B，了解它们如何控制运算器的操作。 6. **数据寄存器**：DR1和DR2是数据寄存器，可以通过二进制数据开关向它们置数，并通过调整控制信号查看寄存器内容。 7. **算术和逻辑运算验证**：实际操作74LS181进行不同类型的运算，比如加法、减法、逻辑与、逻辑或等，以证明其运算功能。 在实验中，学生需要按照连接图1-2建立电路，通过设定不同的控制信号进行数据读写和运算操作，同时观察数据总线上的变化，以验证运算器的正确性和理解其工作原理。这个过程不仅强化了理论知识，也培养了动手能力和问题解决能力。通过这样的实验，学生能够更深入地理解计算机硬件层面的工作机制，为后续的计算机系统学习打下坚实基础。