实验二 运算器数据通路实验.docx

在计算机科学的世界里，运算器数据通路扮演着极为重要的角色。它不仅连接着计算机内部的各种硬件部件，更是完成所有算术和逻辑运算的核心通道。为了让学生们能够深入理解运算器的工作原理，一项名为“实验二 运算器数据通路实验”的实验课程应运而生。该实验不仅涉及理论知识的学习，更重视实际操作能力的培养，其目的主要分为三个方面：熟悉74LS181函数功能发生器的应用，理解运算器的数据传送通路，以及掌握多种算术逻辑运算操作。 74LS181作为一款功能强大的四位函数功能发生器，其可编程的特性使得它可以执行多达32种不同的算术和逻辑运算。该芯片通过控制参数S3至S0和模式控制M来选择不同的运算模式，进位采用反码形式输入输出，这对于处理二进制数提供了极大的灵活性。例如，在M=0的情况下，它执行的是算术运算，而在M=1的情况下，执行的则是逻辑运算。当学生们掌握了如何使用这款芯片，他们就能够根据运算需求，选择合适的运算模式，并通过实验加深对运算器工作原理的理解。 运算器数据通路是由多个关键部件构成的复杂系统，这些部件包括ALU（算术逻辑单元）、寄存器、移位门和总线等。ALU作为运算器的核心部件，可以处理来自缓冲寄存器SA和SB的两个操作数，并完成各种运算任务。SA寄存器不仅可以作为缓冲寄存器，还兼具累加器的功能，其输出可以直观地显示在LED灯上，使得结果一目了然。运算结果通过移位门传送到总线，而74LS244在其中起到隔离器的作用，保证数据传输的稳定性和安全性。 实验的具体操作要求学生设计一个运算器，能够完成包括加法、减法、加一和减一等在内的八种补码运算指令。为了实现这些指令，学生们需要掌握控制信号的生成和操作，包括开关数据上总线、指令装入、数据装入以及ALU运算部件的控制等。在这些步骤中，学生们将学会如何在特定的机器周期内执行相应的运算操作，例如在加法操作中，要首先初始化总线，然后依次进行指令装入、操作数装入ALU，并根据ALU的输出进行后续操作。 在实验的过程中，学生们会了解到，每一次运算操作都涉及到数据的移动和存储，这其中涉及到对寄存器的读写操作，对总线的控制，以及对ALU内部运算单元的利用。通过这样的实验操作，学生们可以清楚地看到数据在运算器内部的流动路径，理解各个部件是如何协同工作的。 完成该实验之后，学生们将对计算机硬件系统中的运算器数据通路有一个全面而深入的了解。他们不仅能够熟练掌握74LS181这一功能强大的芯片，还能够亲手搭建和理解运算器数据通路的设计和实现。更重要的是，通过亲自动手实验，学生们能够将抽象的理论知识与实际的操作相结合，显著提高实践能力以及理论知识的应用能力。这对于未来进一步学习计算机组成原理、深入探索计算机科学的其他领域奠定了坚实的基础。