“逻辑运算 芯片实现4位的逻辑运算和算数运算,是 CPU的重要组成部分。本实验讲解该芯片的详细使用过程,让读者全面了解该芯片,虽然在工程上并没有实际价值,但对读者学习计算机组成原理很有帮助”
01实验内容
1.1 实验内容
设计电路完成单个SN74181芯片的测试,让读者了解该芯片的运行逻辑,本人把实验是计算机组成课程的第一个实验
1.2 知识点
针对每一种算术运算,都必须有一个相对应的基本 硬件配置,其核心部件是加法器和 寄存器。当需完成逻辑运算时,势必需要配置相应的逻辑电路, 而ALU电路是既能完成算术运算又能完成逻辑运算的部件。
02实验准备
2.1 实验器材
要完成本次实验,我们需要如下的 元器件。
- SN74181N芯片
- 5个共阴级 数码管
- 面包板(可选,没有面包板,需要把元器件直接连接,容易出问题)
- 树莓派GPIO扩展组件(可选,建议选择)
2.2 元器件解释
SN74181芯片:
SN74181是一种具有并行进位的多功能ALU芯片
图1 芯片实物图
图2 芯片针脚说明图
2.3 工作原理
A表示 A3 A2 A1 A0针脚输入(高电平=1低电平=0)
B表示 B3 B2 B1 B0 针脚输入(高电平=1低电平=0)
F表示 F3 F2 F1 F0 针脚的输出 (高电平=1低电平=0)
A、B为输入4位二进制;S位控制位,M、Cn模式控制(如图)
03实验过程
3.1 接线
图3 实验 电路设计图
说明:
通过开关选择两种模式可以测试芯片,开关全部置4,由树莓派GPIO控制针脚电压;开关置2表示给连接针脚高电压;开关置3表示给连接针脚低电压
3.2 实验过程
通过手动开关和树莓派 编程控制输入针脚A0~A3、B0~B3、S0~S3、M、Cn
1、输入A3~A0:1 1 1 0
2、输入B3~B0: 0 0 0 0
3、输入S3~S0:0 0 0 0
4、输入M = 1 (设置为逻辑运算)
5、观察 F3~F0: 0 0 0 1 (/A)
6、输入M = 0 Cn = 1 (设置为算数运算)
7、观察 F3~F0: 1 1 1 0 (A)
8、输入M = 0 Cn = 0(设置为算数运算)
9、观察 F3~F0: 1 1 1 1 (A plus 1)
观察Cn+4 :1 (表示没有进位)
10、输入A3~A0:1 1 1 1
11、观察 F3~F0: 0000 (A plus 1 )
观察Cn+4 :0 (表示进位)
04实验展示
演示程序采用树莓派编程的方式控制输入,采用8位 数码管作为输出;
左边2个数码管的上半部分4个竖条分别表示A3~A0,下半部分4个竖条分别表示B3~B0
右边2个数码管上半部分4个竖条分别表示F3~A0,下半部分最右边的竖条表示Cn+4(进位)
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