“邏輯運(yùn)算芯片實(shí)現(xiàn)4位的邏輯運(yùn)算和算數(shù)運(yùn)算，是CPU的重要組成部分。本實(shí)驗(yàn)講解該芯片的詳細(xì)使用過程，讓讀者全面了解該芯片，雖然在工程上并沒有實(shí)際價(jià)值，但對(duì)讀者學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理很有幫助”

01實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

設(shè)計(jì)電路完成單個(gè)SN74181芯片的測(cè)試，讓讀者了解該芯片的運(yùn)行邏輯，本人把實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)組成課程的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)

1.2 知識(shí)點(diǎn)

針對(duì)每一種算術(shù)運(yùn)算，都必須有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的基本硬件配置，其核心部件是加法器和寄存器。當(dāng)需完成邏輯運(yùn)算時(shí)，勢(shì)必需要配置相應(yīng)的邏輯電路， 而ALU電路是既能完成算術(shù)運(yùn)算又能完成邏輯運(yùn)算的部件。

02實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

要完成本次實(shí)驗(yàn)，我們需要如下的元器件。

• SN74181N芯片
• 5個(gè)共陰級(jí)數(shù)碼管
• 面包板（可選，沒有面包板，需要把元器件直接連接，容易出問題）
• 樹莓派GPIO擴(kuò)展組件（可選，建議選擇）

2.2 元器件解釋

SN74181芯片：

SN74181是一種具有并行進(jìn)位的多功能ALU芯片

圖1 芯片實(shí)物圖

圖2 芯片針腳說明圖

2.3 工作原理

A表示 A3 A2 A1 A0針腳輸入（高電平=1低電平=0）

B表示 B3 B2 B1 B0 針腳輸入（高電平=1低電平=0）

F表示 F3 F2 F1 F0 針腳的輸出 （高電平=1低電平=0）

A、B為輸入4位二進(jìn)制；S位控制位，M、Cn模式控制（如圖）

03實(shí)驗(yàn)過程

3.1 接線

圖3 實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)圖

說明：

通過開關(guān)選擇兩種模式可以測(cè)試芯片，開關(guān)全部置4，由樹莓派GPIO控制針腳電壓；開關(guān)置2表示給連接針腳高電壓；開關(guān)置3表示給連接針腳低電壓

3.2 實(shí)驗(yàn)過程

通過手動(dòng)開關(guān)和樹莓派編程控制輸入針腳A0～A3、B0～B3、S0～S3、M、Cn

1、輸入A3～A0：1 1 1 0

2、輸入B3～B0: 0 0 0 0

3、輸入S3～S0：0 0 0 0

4、輸入M = 1 （設(shè)置為邏輯運(yùn)算）

5、觀察 F3～F0: 0 0 0 1 （/A）

6、輸入M = 0 Cn = 1 （設(shè)置為算數(shù)運(yùn)算）

7、觀察 F3～F0: 1 1 1 0 （A）

8、輸入M = 0 Cn = 0（設(shè)置為算數(shù)運(yùn)算）

9、觀察 F3～F0: 1 1 1 1 （A plus 1）

觀察Cn+4 ：1 （表示沒有進(jìn)位）

10、輸入A3～A0：1 1 1 1

11、觀察 F3～F0: 0000 （A plus 1 ）

觀察Cn+4 ：0 （表示進(jìn)位）

04實(shí)驗(yàn)展示

演示程序采用樹莓派編程的方式控制輸入，采用8位數(shù)碼管作為輸出；

左邊2個(gè)數(shù)碼管的上半部分4個(gè)豎條分別表示A3～A0，下半部分4個(gè)豎條分別表示B3～B0

右邊2個(gè)數(shù)碼管上半部分4個(gè)豎條分別表示F3～A0，下半部分最右邊的豎條表示Cn+4（進(jìn)位）