一种运算器验证实验的设计

刘昆

摘要：计算机组成原理课中运算器的理解很多同学来说是难点，本文结合作者多年的教学经验，设计了一种运算器验证实验，通过实验可以让同学更好的理解五大功能部件的运算器。计算机组成原理是有关计算机专业的必修课程，被广泛开设。因为计算机组成原理这门课逻辑性很强，需要记住的概念很多，然后在这些基本概念的基础上进行理解，使部分同学生危畏，从而没有学好这门专业基础课程。为了让学生能更好地学习计算机组成原理这门课程，根据多年课程的教学经验设计了一种8位二进制运算器的验证实验。

关键词：组成原理；运算器；基础

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）06-0172-03

1 实验所涉及的关键芯片

实验74LS181芯片构成，74LS181芯片功能如表1，表中S3S2S1S0MCN是功能控制开关，A、B分别表示被操作数和操作数、F表示输出。74LS181芯片是4位二进制的运算器。使用74LS273为锁存器，锁存需要的操作数。

2 实验原理

把74LS181芯片两片以并/串形式构成8位字长的ALU；运算器的两个数据输入分别由两个8位进制的锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入由数据总线提供。数据总线由输入单元（INPUT UNIT）提供。具体设计原理如图1。两个8位进制的锁存器（74LS273）分别提供8位二进制数，两片74LS181芯片分别这2个8位二进制数的低4位和高4位进行运算，同时两片74LS181芯片进行一位二进制的进位操作。

3 实验连线

有了运算器的设计后，需要把运算器跟实验的输入单元（INPUT UNIT）、数据总线（DATA BUS）、控制开关（SWITCH UNIT）还有时序控制部件（SINGAL UNIT）连线起来。具体如图2。

4 实验步骤的设计

进过芯片的选择，实验原理的设计，通过连线使运算器与其他部件链接起来，就可以进行实验。该实验与验证为主。主要分为3个步骤。具体如下：

S1：置数操作。分别通过输入部件（INPUT UNIT）提供两个8位二进制数到两个8位二进制的锁存器（74LS273）锁存。

S2：检验置数是否正确。根据74LS181芯片的功能表，当S3S2S1S0MCN功能控制开关信息为111111时，运算器输出一个锁存器的数，当S3S2S1S0MCN功能控制开关信息为101011时，运算器输出另一个锁存器的数，当两个置数都正确时，进行S3；否则，进行S1。

S3：验证手工计算与芯片计算结果是否一致。根据74LS181芯片功能表，结合锁存器（74LS273）锁存的两个8位二进制数，进行手工计算写下计算的结果，然后，控制74LS181芯片的S3S2S1S0MCN進行操作控制。比如加法运算，74LS181芯片的S3S2S1S0MCN为100101；减法运算74LS181芯片的S3S2S1S0MCN为011000；逻辑运算的或运算，74LS181芯片的S3S2S1S0MCN为000101。

5 总结

通过该设计实验，学生进行正确操作，学生会发现自己手工进行计算的结果跟芯片计算的结果完全吻合，从而使学生对运算器的功能留下深刻影响，也解决了学生对运算器理解的困惑。

参考文献：

[1] 唐朔飞.计算机组成原理[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2012.

[2] 包健.计算机组成原理与系统结构[M]. 北京：高等教育出版社，2009.