《计算机组成原理》运算器实验报告.doc

一. 实验目得及要求() 了解运算器得组成结构。 （2) 掌握运算器得工作原理。二. 实验模块及实验原理本实验得原理如图11所示。 运算器内部含有三个独立运算部件,分别为算术、逻辑与移位运算部件，要处理得数据存于暂存器 与暂存器B ，三个部件同时接受来自 A 与B 得数据(有些处理器体系结构把移位运算器放于算术与逻辑运算部件之前，如A),各部件对操作数进行何种运算由控制信号 3S0与C来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件得结果作为AL得输出。如果就是影响进位得运算，还将置进位标志 FC，在运算结果输出前，置 ALU零标志。AL中所有模块集成在一片CPD 中。 逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单,而后面又有专门得算术运算部件设计实验,在此对这两个部件不再赘述。移位运算采用得就是桶形移位器,一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关得原理如图12所示.图中显示得就是一个4得矩阵（系统中就是一个 8X8 得矩阵)。每一个输入都通过开关与一个输出相连,把沿对角线得开关导通，就可实现移位功能,即： （1） 对于逻辑左移或逻辑右移功能,将一条对角线得开关导通,这将所有得输入位与所使用得输出分别相连， 而没有同任何输入相连得则输出连接0 。 (2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补得左移对角线一起激活.例如，在4 位矩阵中使用右1 与左3 对角线来实现右循环 1 位。 （3） 对于未连接得输出位，移位时使用符号扩展或就是 填充,具体由相应得指令控制.使用另外得逻辑进行移位总量译码与符号判别。运算器部件由一片PLD 实现.ALU得输入与输出通过三态门74LS25连到PU 内总线上,另外还有指示灯标明进位标志C与零标志Z.请注意：实验箱上凡丝印标注有马蹄形标记,表示这两根排针之间就是连通得.图中除 T4与CLR，其余信号均来自于 A单元得排线座，实验箱中所有单元得T、T2、T3、T都连接至控制总线单元得 T、T2、T3、T4,CLR 都连接至 CON单元得R按钮.T4由时序单元得 TS4 提供(时序单元得介绍见附录二），其余控制信号均由CON单元得二进制数据开关模拟给出。控制信号中除T为脉冲信号外，其余均为电平信号,其中LU_为低有效,其余为高有效。暂存器A 与暂存器B 得数据能在LED 灯上实时显示，原理如图1-1所示（以A0为例，其它相同)。进位标志 FC、零标志FZ与数据总线D7D0得显示原理也就是如此。LU与外围电路得连接如图114所示，图中得小方框代表排针座。 运算器得逻辑功能表如表1-1所示，其中 S S2 S1 S0 CN为控制信号，FC为进位标志，Z为运算器零标志，表中功能栏内得FC、F表示当前运算会影响到该标志.三. 实验步骤与结果(1) 按图1-1-5连接实验电路,并检查无误。图中将用户需要连接得信号用圆圈标明(其它实验相同）。（） 将时序与操作台单元得开关K2 置为单拍档, 开关KK1 、K3 置为运行档. （） 打开电源开关，如果听到有嘀报警声,说明有总线竞争现象，应立即关闭电源,重新检查接线，直到错误排除。然后按动CN单元得CLR 按钮,将运算器得A、B 与FC、Z清零.(） 用输入开关向暂存器A置数. 拨动CN单元得2SD2 数据开关，形成二进制数 010（或其它数值),数据显示亮为1，灭为 。 置LDA=1,DB=，连续按动时序单元得 ST按钮，产生一个 T4上沿,则将二进制数01100101置入暂存器 A 中，暂存器A 得值通过ALU单元得A7A八位ED 灯显示. (5）用输入开关向暂存器B置数. 拨动C单元得SD27SD2 数据开关,形成二进制数00 （或其它数值)。 置L0,LD=1,连续按动时序单元得 T 按钮,产生一个T上沿,则将二进制数10100111置入暂存器B 中,暂存器 B 得值通过 ALU单元得B7B八位 灯显示. (6) 改变运算器得功能设置,观察运算器得输出。置ALU_B=、D=0、LD=0，然后按表 111置S、S2、1、S0与n得数值，并观察数据总线D 显示灯显示得结果。如置 S3、S2、S1、S0为000，运算器作逻辑与运算，置S3、S2、S1、S0为001 ,运算器作加法运算. 如果实验箱与C联机操作，则可通过软件中得数据通路图来观测实验结果,方法就是：打开软件，选择联机软件得“【实验】-【运算器实验】”，打开运算器实验得数据通路图,如图 11-6所示。进行上面得手动操作，每按动一次ST按钮，数据通路图会有数据得流动,反映当前运算器所做得操作，或在软件中选择“【调试】【单节拍】”,其作用相当于将时序单元得状态开关K 置为单拍档后按动了一次S按钮，数据通路图也会反映当前运算器所做得操作。 重复上述操作，并完成表112。然后改变 、B 得值，验证 FC、FZ得锁存功能。 表1-2 运算结果表运算类型 SS21S0 C 结果 65 A 0 F=（）FC=（）F=（0） 65 0 0 01 X F=（7)FC=（）F=(0)逻辑运算 10 F=(25)F=（0）FZ=(0) 0 0 1 1 F=(E7）F=(0）FZ=（0) 1 00 X （9A)F=（0)Z=(0） 0 1 0 1 X （A)FC=（）Z=(0） 01 1 0 0 =（32)F=(0）F（0)移位运算 1 F=（B2)F=（1)Z=（0) 0 1 1 =（CA）F=（0）FZ=() F（A）C（0）Z=(0） 100 0 X F=（6)=(0)F=（0） 1 0 0 1 X F=（0C)FC（1)FZ=（0) 1 00(FC)X F=(0D)F=（）Z=(0）算术运算 10 1 0（FC1)X F=（0）C=（）Z=（0） 0 1 F=(BE）FC=（1）FZ=(0) 1 0 0 X F=(6)FC=(0)Z=（) 1 1 0 1 X =(6)=（0)FZ=(0）四. 实验结果分析本次实验根据实验得基本步骤可以把线连接出来，先检测一下各种线得连接对不对，排除错误，输入A=，B=7。