运算器数据通路是计算机硬件系统中的核心组成部分,主要负责执行算术和逻辑运算。本实验旨在通过实际操作,使学生深入理解运算器的工作原理,掌握74LS181函数功能发生器的使用,以及熟悉运算器内部数据的传输路径。 74LS181是一种四位函数功能发生器,它能通过控制参数S3至S0和模式控制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,而M=1时,则执行逻辑运算。进位采用反码形式输入输出,支持数的比较功能。实验中,学生需要借助74LS181完成多种运算操作,以加深对运算器工作原理的理解。 运算器数据通路由多个部分组成,包括ALU(算术逻辑单元)、寄存器、移位门、总线等。ALU是运算器的核心,它可以对来自缓冲寄存器SA和SB的两个操作数进行处理。SA同时用作累加器,其输出可以显示在LED灯上。运算结果通过移位门送入总线,移位门使用74LS244作为隔离器。根据运算需求,可以通过控制移位控制门实现数据的左移或右移。右移时,最右边的位进入进位位,最左边补零;左移则可以利用ALU的"A+A"指令模式。 在实验内容部分,学生需要设计一个运算器,该运算器能够完成表2-1所列的八种补码运算指令。这涉及到对控制信号的生成和操作,例如开关数据上总线、指令装入、数据装入、ALU运算部件的控制等。通过特定的机器周期步骤,可以执行加法、减法、加一和减一等基本运算。例如,加法操作中,首先初始化总线,然后依次将指令装入、操作数装入ALU,并根据ALU的输出进行相应的操作。 通过这个实验,学生不仅能够熟悉74LS181的功能和使用,还能亲手搭建运算器数据通路,了解每个环节的作用,从而全面掌握运算器的工作机制。这有助于提高学生的实践能力和理论知识的应用能力,为后续深入学习计算机组成原理打下坚实的基础。
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