实验二 脱机运算器实验
实验二 运算器实验
南京工程学院计算机工程学院计算机组成与结构实验报告书实验学生班级 K网络工程121实验学生姓名王云峰学号 240121525实验地点信息楼A115实验二运算器实验同组同学李翔240121515（合作小组朱赛杰240121533）实验日期 11月27日实验仪器号 TEC-XP+14S022一、实验目的1．加深对Am2901运算器内部组成的了解, 掌握四片Am2901芯片间的连接关系, 以及它与有关外部逻辑电路的连接关系。
2．准确把握该运算器的控制与使用, 即掌握其运算与操作功能, 以及正确地为其提供全部控制信号及有关数据的手段与技术。
3．初步了解运算器在计算机整机中的作用。
二、实验内容1．脱机方式下运算器的控制及运行设计控制信号序列，在脱机方式实现给定程序段的功能。
记录按压START 前后的ALU的运算结果和状态标志。
2．联机方式下运算器的控制及运行在联机方式下，汇编并单步执行给定程序段，查看并记录每条指令执行后的运行结果。
使用指令的单步骤执行方式，观察与运算器相关的控制信号的状态。
三、实验步骤与结果脱机的运算器实验，在教学实验中实现如下7项操作功能：预期功能实现方案R0 ←1234 数据开关拨1234，B地址给0，D+0，结果送B口选的R0R9 ←789F 数据开关拨789F，B地址给9，D+0，结果送B口选的R9 R9 ←R9-R0 B地址9，A地址给0，最低位进位给1，B-A，结果送B 口选的R9R0 ←R0+1 B地址给0，最低位进位给1，B+0，结果送B口选的R0 R10←R0 B地址给A，A地址给0，A+0，结果送B口选的R10逻辑右移在有了预期功能和实现方案之后，要解决的具体问题，就是依据教学计算机的简明操作卡中的有关表格中规定的内容，找出实现每一操作功能要用到的控制码。
请把表2-3中各组控制信号的正确的取值填写在相应位置，然后把运行结果的状态信息填入表2-4。
思考题：执行R0+1时，为什么输出Y15-Y0为1234，而不是1235？左右移位时，是通用寄存器本身移位，还是它与Q寄存器联合移位是怎么区分的？最高、最低位的移位输入信号是怎么给出的？C在移位中有什么作用？联机的运算器实验，改用教学计算机的指令实现上述脱机运算器实验完成的功能。
计算机组成原理实验报告——2运算器实验 华北电力大学 李梅
科技学院综合实验报告( 2011 -- 2012 年度第一学期)名称：计算机组成原理综合实验题目：运算器实验院系：信息工程系班级：学号：学生姓名：指导教师：李梅王晓霞设计周数：第十八周成绩：日期：年月一、目的与要求1.熟悉与深入理解4位的运算器芯片Am2901的功能和内部组成，运行中要求使用的控制信号及其各自的控制作用；2.熟悉与深入理解用4片4位的运算器芯片构成16位的运算器部件的具体方案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系；3.熟悉与深入理解用2片GAL20V8芯片解决ALU最低位的进位输入信号和最高、最低位的移位输入信号、实现4位的标志位寄存器的方案，理解为什么这些功能不能在运算器芯片之内实现而要到芯片之外另外处理；4.明确教学计算机的运算器部件，使用总计23位的控制信号就完全确定了它的全部运算与处理功能，脱机运算器实验中可以通过24位的微型开关中的23位提供这些控制信号，教学计算机正常执行指令时，这些控制信号必须改由控制器部件来提供。
在两种方式下，每一位（组）的控制功能是完全相同的。
二、实验正文1．实验内容1．1脱机运算器和联机运算器的区别和联系运算器是计算机硬件系统传统的5大功能部件之一，承担执行运算和暂存运算数据的功能，通常由执行算术逻辑运算功能的ALU线路、暂存参加ALU运算的数据和中间运算结果的通用寄存器组、支持乘除法运算的专用寄存器三部分组成，三个部分之间通过多路选择器线路实现连接，从而构成一个完整的运算器部件。
TEC-XP16教学计算机的运算器部件，主体部分由4片4位长度的位片结构的运算器芯片Am2901组成，每片Am2901可以接收来自内部总线IB的4位输入数据，其4位输出都直接送到地址寄存器AR的不同字段（AR不属于运算器的组成部分，图中用虚线框表示），并且经过支持三态功能的开关门电路送到内部总线IB。
还要使用MACH芯片内部的部分电路提供ALU最低位的进位输入信号和最高、最低位的移位输入信号，使用一片GAL20V8实现4位的标志位寄存器FLAG，接收ALU输出的4个标志位信号和来自内存堆栈区的4位数据（用于恢复现场状态信息），FLAG的4位输出可以经过一片带支持三态功能的开关门电路送到内部总线IB，用于保存现场状态信息到堆栈区。
运算器实验报告--孔锐-16281132-1
脱机运算器实验报告理论课教师姓名：高金山实验指导教师：坐位号：54 姓名：孔锐学号：16281132实验目的：1、深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；2、深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识实验内容：运算器实验（2）实验步骤将教学机左下方的5个拨动开关置为1XX00（单步、16位、脱机）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。
接下来，按下表所列的操作在机器上进行运算器脱机实验，将结果填入表中：实验结果分析：在做实验分析之前，先把与该实验相关的有关总结性内容展示如下：1、脱机运算器实验，是指让运算器从数学计算机整机中脱离出来，此时，他的全部控制与操作均需通过两个12位的卫星开关来完成，这就谈不上执行指令，只能通过开关，案件控制数学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算器结果。
（1）12位的微型开关的具体控制功能分配如下：A口，B口地址送给AM2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号：I8-I0：选择操作数来源，运算操作数功能，选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制码：SCI、SSH和SST：用于确定运算器最低位的进位输入，移位信号的入\出和怎样处理AM2901产生的状态标志位的结果。
（2）开关位置说明：（3）做脱机运算器实验时，要用到提供24位控制信号的微动开关和提供16位数据的拨动开关，微动开关有三个一个可以提供12位的控制信号三个开关分别标有SW1-micro-switch、SW2-micro-switch和SW3-micro-switch。
他们所对应的控制信号见下表；数据开关是黑色的，左边的标有SWH的是高8位；右边的标有SWL的是低8位(4)开关检测红色微动开关是该实验系统中使用寿命最短的器件，开关好坏的检测方法比较简单，用户将五个控制机器工作方式的开关置于“1XX00”。
二、结果分析，先给出各个表：由上表可知，所做的实验则是对数据的存放，自加，移位，不同存储器之间的相加相减等，实验中，各个数据的均为16进制显示，有4个4位LED灯显示信号，分析：此指令要完成的目的是将FFFF赋给R0.B口对应R0，且地址为0000；只有R0一个值，所以A口不用。
实验二脱机运算器实验实验解读
实验⼆脱机运算器实验实验解读实验⼆脱机运算器实验实验⽬的深⼊了解AM2901运算器的功能与具体⽤法，2⽚AM2901的级连⽅式：深化运算器部件的组成、设计、控制与使⽤等诸项知识．实验说明脱机运算器实验，是指让运算器从教学计算机整机中脱离出来，此时，它的全部控制信号均需通过两个12位的微型开关来提供，这就谈不上执⾏指令，只能通过开关、按键等控制教学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指⽰订观察运算结果．下⾯先把前边讲过的、与该实验直接有关的结论性内容汇总如下．12位微型开关的具体控制功能分配如下：A⼝、B⼝地址：送给AM2901器件⽤于选择源与⽬的操作数的寄存器编号；I0—I8：选择操作数来源、运算操作功能、选操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制：SCI，SSH，和SST：⽤于确定运算器最低位的进位输⼊、移位信号的⼊／出和怎样处理AM2901产⽣的状态标志位的结果．最低位的移位输⼊信号Cin：状态寄存器的接收与保持最⾼、最低位的移位输⼊信号的形成逻辑注：表中的X表⽰不必处理、不必过问该位的取值；当通⽤寄存器本⾝移位时，Q寄存器不受影响；乘除运算要求实现通⽤寄存器与Q寄存器联合移位、没有Q寄存器单独移位功能．实验内容1．选择运算器要完成的⼀项运算功能，包括数据来源，运算功能，结果保存等；2．将实验台上两个红⾊的微型开关左边的短路⼦的任意⼀个或两个短接：将三个控制开关置成1XX(即处于单步状态)；先同时按下“RESET”和“STEP”按键，松开后再按⼀下“STEP”按键，进⾏初始化．3．通过两个12位的红⾊微型开关向运算器提供控制信号，必要时通过8位数据开关向运算器提供数据．4，每按⼀次“STEP”键，结束⼀步操作，通过指⽰灯观察运算结果及状态标志。
观察ALU的运算结果应在按STEP键之前，观察标志寄存器结果在按STEP键之后。
5。
接下来，按下表所列的操作在⼋位机上进⾏运算器脱机实验，其中Dl取值为01H，D2取值为10H，将结果填⼊表中：实验要求1.实验之前认真预习，写出预习报告，包括操作步骤，实验过程所⽤数据和运⾏结果等，否则实验效率会很低，所学到的内容也会⼤受影响；2.实验过程当中，要仔细进⾏，防⽌损坏设备，分析可能遇到的各种现象，判断结果是否正确，记录运⾏结果；3.实验之后，认真写出实验作业报告，包括对遇到的各种现象的分折，实验步骤和实验结果，⾃⼰在这次实验的⼼得体会与收获等．参考答案。
实验二运算器实验
实验二运算器实验实验二运算器am2901实验该实验操作不需用到电脑，不需实现电脑和实验箱的连接，操作全部在实验箱上完成。
实验过程当中，必须认真展开，避免损毁设备，分析可能将碰到的各种现象，推论结果与否恰当，记录运转结果。
实验目的：1、深入细致介绍am2901运算芯片的功能、结构；2、深入细致介绍4片am2901的级联方式；3、深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。
教学计算机的运算器部件主体由4片4位的运算器芯片am2901彼此串联形成，它输入16位的数据运算的结果（用y则表示）和4个结果特征位（用cy，f=0000，over，f15则表示）。
它的输出（用d则表示）就可以源自于内部总线。
确定运算器运算的数据来源、运算功能、结果处置，需要使用控制器提供的i8~i0、b3~b0、a3~a0共17个信号。
运算器的输入轻易相连接至地址寄存器ar的输出插槽，用作提供更多地址总线的信息来源。
运算器的输入还经过两个8位的244器件的掌控（采用dc1译码器的ytoib#信号）被送至内部总线ib，用作把运算器中的数据或者运算结果载入内存储器或者输入输出USB芯片。
运算器产生的4个结果特征位的信息需要保存，为此设置一个4位的标志寄存器flag，用于保存这4个结果特征信息，标志寄存器的输出分别用c、z、v、s表示。
控制标志寄存器何时和如何接收送给它的信息，需要使用控制器提供的sst2~sst0三位信号。
运算器还须要按照指令继续执行的建议，正确地获得最高位的位次输出信号，最高位和最低位的移位输出信号，为此须要布局另一个shift的线路，在控制器提供更多的ssh和sci1~sci0三位信号的掌控下，产生运算器最高位的位次输出信号，最高位和最低位的移位输出信号。
相关器件：4片am2901（alu）两片ar（74ls374）一片flag（gal20v8）一片shift（gal20v8）2片244（alutoib，74ls244）2个12位微动开关（红色）3个手动掌控信号内存芯片（hand，74ls240）am2901芯片的结构和功能：参考教材附录部分芯片具体内容线路表明：1、芯片输出受oe#信号控制，仅当其为低电平时，才有y值正常逻辑信号输出，否则输出为高阻态。
TEC-2实验计算机运算器实验
实验报告实验人：学号：08 日期：2010-05-18 院（系）：软件学院专业（班级）：0实验题目：TEC-2实验计算机运算器实验一. 实验目的1.了解和掌握Am2901运算器的组成结构的工作原理；2.认识和掌握TEC-2机计算器的组成和工作原理；3.认识和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法；4.了解和掌握运算器的进位时间的测试方法，及进一步掌握双踪示波器的使用方法；二. 实验原理1）.综述TEC-2实验计算机是为计算机组成原理的教学与实验而研制的实验计算机。
有两种方式实验：高级方式实验-联机实验，初级方式实验-脱机实验。
本实验即是采用脱机实验的方法，对运算器的原理和功能进行探究。
首先，运算器部件是计算机五大功能部件中的数据加工部件。
运算器的首要功能是完成对数据的算术和逻辑运算，由其内部的应该被称为算术与逻辑运算部件（ALU）来实现，它在给出运算结果的同时，还给出运算结果的标志，如溢出与否，进位否，结果为零否和符号正负等，这些标志都保存在一个状态寄存器中。
运算器的得二项功能，是暂存将参加运算的数据和中间结果，由其内部的一个寄存器来承担。
因为这些寄存器可被汇编程序直接方位与使用，因此将它们成为通用寄存器，以区别那些计算机内部设置的，不能为汇编程序员访问的专用寄存器。
为了用硬件线路完成程序指令运算，运算器内一般还有一个能自行左右移位的专用寄存器，称为乘商寄存器。
TEC-2实验即得运算器核心部分是Am2901。
Am2901芯片是一个4位的位片结构的完整的运算器部件。
对运算器的控制与操作，指的是如何让运算器完成所预期的操作功能。
这是通过正确的向其提供控制信号。
包括选哪个（哪些）数据参加运算，执行何种运算功能，对运算结果（值和特征）如何保存与送出等；同时，要解决正确运算器提供参加运算数据的种种问题，包括从外部向运算器送入数据，正确给出ALU最低的进位信号，运算器左右移位操作中的移位输入信号等。
脱机运算器实验的心得体会
脱机运算器实验的心得体会脱机运算器实验的心得体会在进行脱机运算器实验的这段时间里，我深刻体会到了计算科学的重要性和计算机的强大能力。
脱机运算器实验帮助我更好地理解了计算机原理和运算逻辑，并加深了对计算机科学的兴趣和热情。
首先，在实验中我学会了如何构建一个简单的脱机运算器。
通过搭建电路和对各个部件进行连接，我成功地实现了一个可以进行基本运算的计算器。
这个过程让我体会到了计算机的组成原理和工作原理，深入了解了计算机内部的硬件结构和运行机制。
其次，通过实验，我对计算机中的逻辑电路有了更深入的了解。
在构建计算器的过程中，我使用了与门、或门和非门等逻辑门电路，实现了运算器的基本逻辑功能。
对于逻辑电路的设计和实现，我进一步理解了计算机内部的数据传输和处理过程，提高了自己的逻辑思维能力。
另外，通过实验，我也更加明确地认识到了计算机的运算速度和存储能力的重要性。
在实验过程中，我发现自己设计的计算器在处理较大的数字时速度明显变慢，并且容易出现溢出和错误的情况。
这让我意识到了计算机性能的关键所在，加深了我对计算机性能优化和存储管理的理解。
此外，在脱机运算器实验中，我还学到了如何进行错误调试和故障排除。
在实验过程中，我经常会遇到电路连接不正确、元器件损坏或者程序设计错误等问题，这些问题使得计算器无法正常工作。
为了解决这些问题，我学习了使用万用表和逻辑分析仪等工具进行故障排查，锻炼了自己的问题解决能力。
最后，通过脱机运算器实验，我也体会到了团队合作的重要性。
在实验中，我与同学们一起合作，共同探索和解决问题。
通过彼此的交流和协作，我们不仅更好地理解了实验原理和过程，还提高了自己的团队合作意识和能力。
这对于今后的学习和工作都具有重要的意义。
总结起来，脱机运算器实验是我在计算机科学领域的一次宝贵经历。
通过实验，我不仅加深了对计算机原理和逻辑的理解，还提高了自己的实践能力和问题解决能力。
我相信，这次实验对我今后的学习和研究都会产生积极的影响，并为我未来的发展奠定坚实的基础。
脱机运算器实验指导
脱机运算器实验指导实验一脱机运算器实验一、实验原理:运算器是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。
运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作。
运算器的组成除了必须的ALU单元外，寄存器和移位器也是必需。
寄存器用于提供操作数和存放运算结果，以节省访存时间;移位器可实现数据的移位功能，以扩展ALU的运算功能和数据传送的灵活性。
美国AMD公司生产的AM2901芯片是典型的运算器芯片。
1、AM2901的结构与组成AM2901芯片是一个4位的，位片结构的、完整的运算器器件。
AM2901由ALU、输入多路选择器、输出选择门、寄存器组和移位器等器件组成，如图1-1所示，作为教学内容的实例具有很好的典型性。
2、AM2901各组成部分及其功能图1-1 AM2901芯片的内部组成框图1)ALU 为4位算术逻辑单元，有8种运算功能，由外部送入3位信号I5，I4，I3的编码值来确定执行哪种功能。
2)存器组:AM2901具有由16个4位寄存器组成的寄存器组，作为通用寄存器组使用。
该寄存器组有两个4位地址译码器A和B，其中A译码器只具有读出数据功能，而B译码器具有读出和写入两种功能。
也就是说，该寄存器组具有两个数据输出端口，即A口和B口，输出的数据分别存入锁存器A和B;一个数据输入端口，即B口。
3)寄存器 :4位，在乘除运算中可用来存放乘数或商，故称做乘商寄存器。
它本身具有移位功能，即可接受其本身左移一位或右移一位的值，它还可以接收ALU的输出值。
4)输入多路选择器 :AM2901具有两个输入多路选择器R和S，用于为ALU提供两个操作数。
其中，R可选择D数据线来的数据或A锁存器的数据;而S可从A锁存器、B锁存器、Q 寄存器3个来源选取数据。
两个操作数的组合由外部送来的3位控制信号I2、I1、I0的编码确定。
5)移位器 : 4位，用于对ALU的输出实现直送、左移或右移。
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计算机学院软件工程专业 < >班学号：
姓名协作者教师评定
实验题目脱机运算器实验
一、实验目的：
1、深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；
2、深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识
二、实验设备与器材：
TEC-XP+教学实验系统
三、实验说明和原理：
脱机运算器实验，是指让运算器从数学计算机整机中脱离出来，此时，他的全部控制与操作均需通过两个12位的卫星开关来完成，这就谈不上执行指令，只能通过开关，案件控制数学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算器结果。
下面先把前边几讲过的，与该实验直接有关的结论性内容汇总如下。
1、12位微型开关的具体控制功能分配如下：
A口，B口地址：送给AM2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号：
I8-I0：选择操作数来源，运算操作功能，选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制码：
SCI、SSH和SST：用于确定运算器最低位的进位输入，移位信号的入/出和怎样处理AM2901产生的状态标志位的结果。
2、开关位置说明：
做脱机运算器实验时，要用到提供24位控制信号的微动开关和提供16位数据的拔动开关。
微动开关是红色的，一共有三个，一个微动开关可以提供12位的控制信号，三个开关分别标有SW1 micro switch1和SW2 micro switch和SW3 micro switch，他们所对应的控制信号见下表；数据开关是黑色的，左边的标有SWH的是高8位：右边的标有SWL的是低8位。
微动开关与控制信号对应关系见表：
微动开关与控制信号对应关系表
SW1 Micro switch SW2 Micro switch SW3 Micro switch T3-T0 REQ/MIO/WE I2-I0 I8-I7 I6-I3 B PORT A PORT SST SSH SCI DC2 DC1
3、开关检测
红色微动开关是该实验系统使用寿命最短的器件，开关好坏的检测方法比较简单，用户将五个控制机器工作方式的开关置于“1XX00”，从左面其第二个和第三个的开关处于任意位置，然后将两个未动开关上的24小纽子依次置为1（开关拨到上方为1），看对应的指示灯是否亮，如果有一个或数个指示灯不亮，则一般是开关出了问题。
四、实验内容：
在脱机方式下，对于给定指令分析其执行过程中运算的步骤，通过对AM2901运算器反需控制信号的设置，使之完成运算，并核对运算结果。
五、实验步骤：
在脱机方式下，通过设置 SW1、SW2、SW3 各微码字段和数据开关，可实现多种运算。
以实现AAAAH→R1为例说明操作过程。
1、按照下表中的微码和数据开关，对运算器的功能进行设置。
操作步骤如下：
下RESET按键，再按一下START按键，进行初始化。
（2）通过16个数据开关设置立即数AAAAH。
（3）通过SW1、SW2、SW3设置各微码。
2、按一次START键，立即数XXXX H置入R1，通过显示灯察看按START键后的输出。
若要进行其它操作：
（1）重新设置SW1、SW2、SW3、数据开关，通过显示灯观察输出。
（2）然后按START键执行操作，通过显示灯观察按下START键后的输出，检查运算结果是否正确。
3、完成下表的各种运算，记录按START键前和按START键后的ALU输出及标志位C、Z、
V、S的值。
六、思考题:
分析比较各指令按START键前和按START键后的值，是否有不同并解释。
答：大多数指令按START键前和按START键后的值不一样，这是因为按START键后会继续执行运算。
七、实验心得:
首先，我意识到动手对做实验的重要性。
再者，通过这次实验，初步了解了AM2901运算器的基本结构，学会了分析指令执行过程中运算的步骤，初步掌握微动开关及数据开关的设置，了解到拨动开关设置正确与否对实验的影响，拨动开关若设错，实验会无法进行。