基本運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)(共18頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告專業(yè)名稱 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 課程名稱 計(jì)算機(jī)組成原理 項(xiàng)目名稱 基本運(yùn)算器實(shí)驗(yàn) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 同組人員 實(shí)驗(yàn)日期 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)（2）掌握運(yùn)算器的工作原理實(shí)驗(yàn)要求（1）實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)認(rèn)真準(zhǔn)備，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟和具體設(shè)計(jì)內(nèi)容，否則實(shí)驗(yàn)效率會(huì)很低，一次實(shí)驗(yàn)時(shí)間根本無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)；（2）應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前掌握所以控制信號(hào)的作用，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告并帶入實(shí)驗(yàn)室；（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，既不要因?yàn)榇中脑斐啥搪返仁鹿识鴵p壞設(shè)備，又要自習(xí)思考實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)容；（4）實(shí)驗(yàn)之后，應(yīng)認(rèn)真思考總結(jié)，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，

2、包括實(shí)驗(yàn)步驟和具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，遇到的問(wèn)題和分析與解決思路。還應(yīng)寫(xiě)出自己的心得體會(huì)，也可以對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)提出新的建議等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要上交老師。 二、實(shí)驗(yàn)邏輯原理圖與分析畫(huà)實(shí)驗(yàn)邏輯原理圖邏輯原理圖分析上圖為運(yùn)算器原理圖。如圖所示運(yùn)算器內(nèi)部含有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)算部件，分別為算術(shù)、邏輯和移位運(yùn)算部件，要處理的數(shù)據(jù)存于暫存器A和暫存器B，三個(gè)部件同時(shí)接受來(lái)自A和B的數(shù)據(jù)（有些處理器體系結(jié)構(gòu)把移位運(yùn)算器放于算術(shù)和邏輯運(yùn)算部件之前，如ARM），各部件對(duì)操作數(shù)進(jìn)行何種運(yùn)算由控制信號(hào)S3S0和CN來(lái)決定（三選一開(kāi)關(guān)），任何時(shí)候，多路選擇開(kāi)關(guān)只選擇三部件中一個(gè)部件的結(jié)果作為ALU的輸出。如果是影響進(jìn)位的運(yùn)算，還將置進(jìn)位標(biāo)志FC

3、，在運(yùn)算結(jié)果輸出前，置ALU零標(biāo)志FZ。ALU中所有模塊集成在一片CPLD中。ALU的輸入和輸出通過(guò)三態(tài)門(mén)74LS245連到CPU內(nèi)總線上，另外還有指示燈標(biāo)明進(jìn)位標(biāo)志FC和零標(biāo)志FZ。圖中除T4和CLR，其余信號(hào)均來(lái)自于ALU單元的排線座，實(shí)驗(yàn)箱中所有單元的T1、T2、T3、T4都連接至控制總線單元的T1、T2、T3、T4，CLR都連接至CON單元的CLR按鈕。T4由時(shí)序單元的TS4提供，其余控制信號(hào)均由CON單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)模擬給出?？刂菩盘?hào)中除T4為脈沖信號(hào)外，其余均為電平信號(hào)，其中ALU_B為低有效，控制運(yùn)算器的輸出。其余為高有效。 暫存器A和暫存器B的數(shù)據(jù)以及進(jìn)位標(biāo)志FC、零標(biāo)志F

4、Z和數(shù)據(jù)總線D7D0能在LED燈上實(shí)時(shí)顯示。亮表示1，滅表示0。LDA和LDB用于控制算邏部件的輸入數(shù)據(jù)。滿足LDA=1且T4傳來(lái)脈沖信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)將會(huì)傳入暫存器A，同理當(dāng)LEB=1且T4傳來(lái)脈沖信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)傳入B暫存器。邏輯運(yùn)算部件由邏輯門(mén)構(gòu)成，較為簡(jiǎn)單，可將兩個(gè)數(shù)據(jù)按位進(jìn)行與、或、異或，以及將一個(gè)數(shù)據(jù)的各位求非。有的運(yùn)算器還能進(jìn)行二值代碼的16種邏輯操作。算術(shù)運(yùn)算部件最基本的操作是加法。一個(gè)數(shù)與零相加，等于簡(jiǎn)單地傳送這個(gè)數(shù)。將一個(gè)數(shù)的代碼求補(bǔ)，與另一個(gè)數(shù)相加，相當(dāng)于從后一個(gè)數(shù)中減去前一個(gè)數(shù)。將兩個(gè)數(shù)相減可以比較它們的大小。移位運(yùn)算部件采用的是桶形移位器，一般采用交叉開(kāi)關(guān)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)輸入

5、都通過(guò)開(kāi)關(guān)與一個(gè)輸出相連，把沿對(duì)角線的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，就可實(shí)現(xiàn)移位功能，即：（1）對(duì)于邏輯左移或邏輯右移功能，將一條對(duì)角線的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，這將所有的輸入位與所使用的輸出分別相連,而沒(méi)有同任何輸入相連的則輸出連接0。（2） 對(duì)于循環(huán)右移功能，右移對(duì)角線同互補(bǔ)的左移對(duì)角線一起激活。（3） 對(duì)于未連接的輸出位，移位時(shí)使用符號(hào)擴(kuò)展或是0填充，具體由相應(yīng)的指令控制。使用另外的邏輯進(jìn)行移位總量譯碼和符號(hào)判別。三、數(shù)據(jù)通路圖及分析 (畫(huà)出數(shù)據(jù)通路圖并作出分析)1、連接實(shí)驗(yàn)電路，并檢查無(wú)誤；2、 將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK2置為單拍檔，開(kāi)關(guān)KK1、KK3置為運(yùn)行檔；3、 打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，如果有警報(bào)聲響起，說(shuō)明有總線競(jìng)爭(zhēng)

6、現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)閉電源，重新檢查連線，直到錯(cuò)誤排除。然后按動(dòng)CON單元的CLR按鈕，將運(yùn)算器的A、B和FC、FZ清零；4、 用輸入開(kāi)關(guān)向暫存器A置數(shù)；（1） 撥動(dòng)CON單元的SD27SD20數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)，形成二進(jìn)制數(shù)（或其他數(shù)值），數(shù)據(jù)顯示亮為1，滅為0；（2） 置LDAR=1，LDB=0，連續(xù)按動(dòng)時(shí)序單元的ST按鈕，產(chǎn)生一個(gè)T4上沿，則將二進(jìn)制數(shù)置入暫存器A中，暫存器A的值通過(guò)ALU單元的A7A0八位LED燈顯示；此時(shí)圖像如下所示：5、 用輸入開(kāi)關(guān)向暫存器B置數(shù)；（1） 撥動(dòng)CON單元的SD27SD20數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)，形成二進(jìn)制數(shù)（或其他數(shù)值）；（2） 置LDAR=0，LDB=1，連續(xù)按動(dòng)時(shí)序單元的ST

7、按鈕，產(chǎn)生一個(gè)T4上沿，則將二進(jìn)制數(shù)置入暫存器B中，暫存器B的值通過(guò)ALU單元的B7B0八位LED燈顯示；此時(shí)圖像如下所示：6、 改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出。置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0，然后按表31置S3、S2、S1、S0和Cn的數(shù)值，并觀察數(shù)據(jù)總線LED顯示燈顯示的結(jié)果。（1） 置S3、S2、S1、S0為0000，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所示：（2） 置S3、S2、S1、S0為0001，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所示：（3） 置S3、S2、S1、S0為0010，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所示：（4） 置S3、S2、S1、S0為0011，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所

8、示：（5） 置S3、S2、S1、S0為0100，運(yùn)算器做邏輯運(yùn)算，圖像如下所示：（6） 置S3、S2、S1、S0為0101，運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（7） 置S3、S2、S1、S0為0110，CN = 0運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（8） 置S3、S2、S1、S0為0110，CN = 1運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（9） 置S3、S2、S1、S0為0111，CN = 0運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（10） 置S3、S2、S1、S0為0111，CN = 1運(yùn)算器做移位運(yùn)算，圖像如下所示：（11） 置S3、S2、S1、S0為1000，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（12） 置

9、S3、S2、S1、S0為1001，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（13） 置S3、S2、S1、S0為1010（FC = 1），運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（14） 置S3、S2、S1、S0為1011，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（15） 置S3、S2、S1、S0為1100，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：（16） 置S3、S2、S1、S0為1101，運(yùn)算器做算術(shù)運(yùn)算，圖像如下所示：四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù) 運(yùn)算類型ABS3 S2 S1 S0CN結(jié)果邏輯運(yùn)算65A70000XF=（65） FC=（0） FZ=（0）65A70001XF=（A7） FC=（0） FZ=（0）65

10、A70010XF=（25） FC=（0） FZ=（0）65A70011XF=（E7） FC=（0） FZ=（0）65A70100XF=（9A） FC=（0） FZ=（0）移位運(yùn)算65A70101XF=（CA） FC=（0） FZ=（0）65A701100F=（32） FC=（0） FZ=（0）65A71F=（B2） FC=（1） FZ=（0）65A701110F=（CA） FC=（1） FZ=（0）65A71F=（CA） FC=（0） FZ=（0）算術(shù)運(yùn)算65A71000XF=（65） FC=（1） FZ=（0）65A71001XF=（0C） FC=（1） FZ=（0）121010（FC=0）

11、XF=（03） FC=（0） FZ=（0）65A71010（FC=1）XF=（0D） FC=（1） FZ=（0）65A71011XF=（BE） FC=（1） FZ=（0）65A71100XF=（64） FC=（0） FZ=（0）65A71101XF=（66） FC=（0） FZ=（0）結(jié)果數(shù)據(jù)分析（1）運(yùn)算器能實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制算術(shù)、邏輯和移位運(yùn)算；（2）設(shè)置運(yùn)算器的S3,S2,S1,S0,Cn，可選擇運(yùn)算器的不同功能；（3）數(shù)據(jù)的輸入、輸出以及FC、FZ標(biāo)志狀態(tài)要通過(guò)LED顯示燈觀察時(shí)都需要按下脈沖單元的ST按鈕；（4）計(jì)算前暫存器A、暫存器B或FC、FZ不清零，則會(huì)影響運(yùn)算結(jié)果；（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)當(dāng)FC

12、=1，清零后重新打入數(shù)據(jù)時(shí)要注意按動(dòng)ST直到數(shù)據(jù)改變，（根據(jù)LED顯示燈的亮滅）否者可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)沒(méi)有傳入；（6）根據(jù)LED顯示燈讀數(shù)據(jù)時(shí)或輸入數(shù)據(jù)時(shí)，注意方向，A(D)0-A(D)7還是A(D)7-A(D)0；（7）數(shù)據(jù)進(jìn)入哪一個(gè)寄存器就必須開(kāi)啟哪一個(gè)寄存器。譬如：要使數(shù)據(jù)只進(jìn)入暫存器A則必須置LDA=1，LDB=0，且獲得T4脈沖信號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題分析、思考題與小結(jié)思考題1、 CON單元的SD27SD20數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)置一個(gè)二進(jìn)制數(shù)（任意）、置LDA=1、LDB=0，連續(xù)按動(dòng)時(shí)序單元的ST按鈕，實(shí)現(xiàn)了什么數(shù)據(jù)通路？答：數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)àLDA2、 CON單元的SD27SD20數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)置一個(gè)二進(jìn)

13、制數(shù)（任意）、置LDA=0、LDB=1，連續(xù)按動(dòng)時(shí)序單元的ST按鈕，實(shí)現(xiàn)了什么數(shù)據(jù)通路？答：數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)àLDB3、 置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0、置（S3、S2、S1、S0、M）=11111，實(shí)現(xiàn)了什么數(shù)據(jù)通路，進(jìn)行了什么運(yùn)算？答：LDA，LDBàARTà多路開(kāi)關(guān)àBUS，進(jìn)行的是算數(shù)運(yùn)算，保留。4、 置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0、置（S3、S2、S1、S0、M）=10101，實(shí)現(xiàn)了什么數(shù)據(jù)通路，進(jìn)行了什么運(yùn)算？答：LDA，LDBàARTà多路開(kāi)關(guān)àBUS，進(jìn)行的是算數(shù)運(yùn)算，F(xiàn)=A+B+FC。5、置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0、置（S3、S2、S1、S0、M）=10101，運(yùn)算結(jié)果是多少？答：F=A+B+FC，F(xiàn)C=0時(shí)F=0D，F(xiàn)C=1時(shí)，F(xiàn)=0E。6、 你對(duì)74181的功能有哪些認(rèn)識(shí)？答：74181是4位的算邏單元，其中紅色的標(biāo)示為輸入信號(hào)，綠色的標(biāo)示為輸出信號(hào)。其中A/B為兩個(gè)輸入的操作數(shù)據(jù)，F(xiàn)為輸出的結(jié)果，S為ALU