基本运算器实验

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计算机科学与技术系

实验报告

专业名称_______ 计算机科学与技术_________

课程名称________ 计算机组成原理__________

项目名称________ 基本运算器实验__________

班级_______________________________

学号_______________________________

姓名_______________________________

同组人员_________________________________

实验日期_________________________________

一、实验目的与要求

实验目的

(1)了解运算器的组成结构

(2)掌握运算器的工作原理

实验要求

(1)实验之前,应认真准备,写出实验步骤和具体设计内容,否则实验效率会很低, 次实验时间根本无法完成实验任务;

(2)应在实验前掌握所以控制信号的作用,写出实验预习报告并带入实验室;

(3)实验过程中,应认真进行实验操作,既不要因为粗心造成短路等事故而损坏设备,又要自习思考实验有关内容;

(4)实验之后,应认真思考总结,写出实验报告,包括实验步骤和具体实验结果,遇到的问题和分析与解决思路。还应写出自己的心得体会,也可以对教学实验提出新的建议等。实验报告要上交老师。

二、实验逻辑原理图与分析

画实验逻辑原理图

逻辑原理图分析

上图为运算器原理图。如图所示运算器内部含有三个独立运算部件,分别为算术、逻辑和移位运算部件,要处理的数据存于暂存器A和暂存器B,三个部件同时接受来自A 和B的数据(有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前,如ARM,

各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3- S0和CN来决定(三选一开关),任何时候,多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。如果是影响进位的

运算,还将置进位标志FC,在运算结果输出前,置ALU零标志FZ。ALU中所有模块集成在一片CPLD中。

ALU的输入和输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上,另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志F乙图中除T4和CLR其余信号均来自于ALU单元的排线座,实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4, CLR都连接至CON单元的CLR 按钮。T4由时序单元的TS4提供,其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。控制信号中除T4为脉冲信号外,其余均为电平信号,其中ALU_B 为低有效,控制运算器的输出。其余为高有效。

暂存器A和暂存器B的数据以及进位标志FC零标志FZ和数据总线D7…D0能在LED灯上实时显示。亮表示1,灭表示0。LDA和LDB用于控制算逻部件的输入数据。满足LDA=1且T4传来脉冲信号时,数据将会传入暂存器A,同理当LEB=1且T4传来脉冲信号时,数据传入B暂存器。

逻辑运算部件由逻辑门构成,较为简单,可将两个数据按位进行与、或、异或,以及将一个数据的各位求非。有的运算器还能进行二值代码的16种逻辑操作。

算术运算部件最基本的操作是加法。一个数与零相加,等于简单地传送这个数。将一个数的代码求补,与另一个数相加,相当于从后一个数中减去前一个数。将两个数相减可以比较它们的大小。

移位运算部件采用的是桶形移位器,一般采用交叉开关矩阵来实现,每一个输入都通过开关与一个输出相连,把沿对角线的开关导通,就可实现移位功能,即:

(1)对于逻辑左移或逻辑右移功能,将一条对角线的开关导通,这将所有的输入位与所使用的输出分别相连, 而没有同任何输入相连的则输出连接0。

(2)对于循环右移功能,右移对角线同互补的左移对角线一起激活。

(3)对于未连接的输出位,移位时使用符号扩展或是0填充,具体由相应的指令控制。使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。

三、数据通路图及分析(画出数据通路图并作出分析)

1、连接实验电路,并检查无误;

2、将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单拍’档,开关KK1 KK3置为‘运行’档;

3、打开电源开关,如果有警报声响起,说明有总线竞争现象,应立即关闭电源,重新检查连线,直到错误排除。然后按动CON单元的CLF按钮,将运算器的A、B和FC FZ清零;

4、用输入开关向暂存器A置数;

(1)拨动CON单元的SD2 SD20数据开关,形成二进制数01100101 (或其他数值),数据显示亮为‘1',灭为‘ 0';

(2)置LDAR=1 LDB=0连续按动时序单元的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的值通过ALU单元的A7—— A0八位LED灯显示;

此时图像如下所示:

5、用输入开关向暂存器B置数;

(1)拨动CON单元的SD27

(2)—— B0八位LED灯显示;

此时图像如下所示:

6改变运算器的功能设置,观察运算器的输出。置ALU_B=0 LDA=0 LDB=0然后按表3—1置S3 S2、S1、SO和Cn的数值,并观察数据总线LED显示灯显示的结果。

(1)置S3、S2、S1、SO为0000,运算器做逻辑运算,图像如下所示:

(2)置S3 S2、S1、S0为0001,运算器做逻辑运算,图像如下所示:

(3)置S3、S2、S1、S0为0010,运算器做逻辑运算,图像如下所示:

(4)置S3 S2、S1、S0为0011,运算器做逻辑运算,图像如下所示:

(5)置S3、S2、S1、S0为0100,运算器做逻辑运算,图像如下所示:

(6)置S3、S2、S1、S0为0101,运算器做移位运算,图像如下所示:

(7)置S3、S2、S1、S0为0110, CN = 0运算器做移位运算,图像如下所示:

(8)置S3 S2、S1、S0为0110, CN = 1运算器做移位运算,图像如下所示:

(9)置S3、S2、S1、S0为0111, CN = 0运算器做移位运算,图像如下所示:

(10)置S3 S2、S1、S0为0111, CN = 1运算器做移位运算,图像如下所示:

(11)置S3 S2、S1、S0为1000,运算器做算术运算,图像如下所示:

(12)置S3 S2、S1、S0为1001,运算器做算术运算,图像如下所示:

(13)置S3 S2、S1、S0为1010(FC = 1 ),运算器做算术运算,图像如下所示: (14)置S3 S2、S1、S0为1011,运算器做算术运算,图像如下所示:

(15)置S3 S2、S1、S0为1100,运算器做算术运算,图像如下所示:

(16)置S3 S2、S1、S0为1101,运算器做算术运算,图像如下所示:

四、实验数据和结果分析

实验结果数据

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