运算器实验指导：理解数据通路与算术逻辑运算

"西电计组实验二 运算器实验.docx" 实验二 运算器实验主要关注的是计算机组成中的运算器部分，其目的是让学生深入理解运算器的数据传输路径，验证运算功能发生器的组合功能，以及掌握算术逻辑运算（加、减、与）的工作原理。此外，实验还要求学生实际操作实验台，验证8位加、减、与、直通功能，并根据给定数据执行多种算术和逻辑运算。 实验原理中提到，算术逻辑单元（ALU）是运算器的核心部件，它基于74LS181芯片的功能用VHDL（硬件描述语言）编写，构建了一个8位的ALU。ALU的输入包括两个8位数据A和B，以及一个4位的运算模式选择信号S，该信号由4位二进制计数器LPM_COUNTER产生。运算模式S决定了ALU执行的操作类型。M信号用于区分算术运算（M=0）和逻辑运算（M=1），CN为低位进位位，输出结果是8位的F，CO是运算后的进位位。数据通过电平锁存器74373锁存到总线IN上。 实验步骤中，首先要求在QuartusII开发环境中设计ALU元件。这涉及到编写VHDL代码，创建ALU181.VHD文件，定义ALU的结构和行为。ALU181实体有输入S、A、B、M、CN和输出F、CO，其中S、A、B、M、CN分别是运算模式、两个8位输入数据、运算类型选择和低位进位，F和CO是8位运算结果和高位进位。在架构定义中，通过信号扩展和运算操作来实现ALU的各种功能。 通过这个实验，学生不仅可以学习到运算器的基本结构和工作方式，还能实践VHDL编程，了解数字逻辑电路的设计和实现过程。同时，实际操作实验台进行8位运算的验证，有助于增强对计算机底层运算的理解。此外，通过解决各种算术和逻辑运算问题，学生的逻辑思维能力和问题解决能力也将得到锻炼。