計(jì)算機(jī)組成原理 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(2014--2015年度第一學(xué)期)名稱：計(jì)算機(jī)組成原理綜合實(shí)驗(yàn)題目：運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)院系：信息工程系班級：學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：李梅王曉霞設(shè)計(jì)周數(shù)：一周成績：日期：2015年1月一、目的與要求（1）熟悉與深入理解4位的運(yùn)算器芯片Am2901的功能和內(nèi)部組成，運(yùn)行中要求使用的控制信號及其各自的控制作用；（2）熟悉與深入理解用4片4位的運(yùn)算器芯片構(gòu)成16位的運(yùn)算器部件的具體方案，各數(shù)據(jù)位信號、各控制位信號的連接關(guān)系；（3）熟悉與深入理解用2片GAL20V8芯片解決ALU最低位的進(jìn)位輸入信號和最高、最低位的移位輸入信號、實(shí)現(xiàn)4位的標(biāo)志位寄存器的方案，理解為什么這些功能不能在運(yùn)算器芯片之內(nèi)實(shí)現(xiàn)而要到芯片之外另外處理。（4）明確教學(xué)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器部件，使用總計(jì)23位的控制信號就完全確定了它的全部運(yùn)算與處理功能，脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)中可以通過24位的微型開關(guān)中的23位提供這些控制信號，教學(xué)計(jì)算機(jī)正常執(zhí)行指令時(shí)，這些控制信號必須改由控制器部件來提供。在兩種方式下，每一位（組）的控制功能是完全相同的。二、實(shí)驗(yàn)正文實(shí)驗(yàn)內(nèi)容脫機(jī)運(yùn)算器和聯(lián)機(jī)運(yùn)算器的區(qū)別和聯(lián)系運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)傳統(tǒng)的5大功能部件之一，承擔(dān)執(zhí)行運(yùn)算和暫存運(yùn)算。數(shù)據(jù)的功能，通常由執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算功能的ALU線路。暫存參加ALU運(yùn)算的數(shù)據(jù)和中間運(yùn)算結(jié)果的通用寄存器組、支持乘法運(yùn)算的專用寄存器三部分組成，三部分之間通過多線路選擇器線路實(shí)現(xiàn)連接，從而構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)算器部件。TEC-XP16教學(xué)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器部件，主體部分由4片4位長度的位片結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器芯片Am2901組成，每片Am2901可以接收來自內(nèi)部總線IB的4位輸入數(shù)據(jù)，其4為輸出直接送到地址寄存器AR的不同字段，并且經(jīng)過支持三態(tài)功能的開關(guān)門電路送到內(nèi)部總線IB。還要使用MACH芯片內(nèi)部的部分電路提供ALU最低位的進(jìn)位輸入信號和最高、最低的移位輸入信號，使用一片GAL20V8實(shí)現(xiàn)4位的標(biāo)志位寄存器FLAG，接收ALU輸出的4個(gè)標(biāo)志位信號和來自內(nèi)存堆棧區(qū)的4位數(shù)據(jù)（用于恢復(fù)現(xiàn)場狀態(tài)信息），F(xiàn)LAG的4位輸出可以經(jīng)過一片帶支持三態(tài)功能的開關(guān)門電路送到內(nèi)部總線IB，用于保存現(xiàn)場狀態(tài)信息到堆棧區(qū)。教學(xué)機(jī)運(yùn)算器部件的組成線路和信息連接關(guān)系如圖2．1所示。圖2.1運(yùn)算器組成線路和信息連接關(guān)系運(yùn)算器部件的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，要在教學(xué)計(jì)算機(jī)主板上進(jìn)行，既可以在脫機(jī)方式下完成，也可以在聯(lián)機(jī)方式下完成。脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)方式是指使運(yùn)算器部件完全脫離與計(jì)算機(jī)主機(jī)其他部件正常的連接關(guān)系，在完全孤立出來的運(yùn)算器上進(jìn)行的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。此時(shí)，只能通過數(shù)據(jù)開關(guān)撥入?yún)⒓舆\(yùn)算的數(shù)據(jù)，通過微型開關(guān)提供操作運(yùn)算器運(yùn)行所必需的控制信號，通過信號指示燈觀察運(yùn)算結(jié)果，操作簡單，實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰易理解。圖2.2為16位運(yùn)算器脫機(jī)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，在計(jì)原16系統(tǒng)中，運(yùn)算器最低位的進(jìn)位輸入信號Cin和左右移位輸入信號RAM0、Q0、RAM15、Q15是由MACH芯片內(nèi)部的SHIFT線路提供的，圖左側(cè)的長方形部分是MACH內(nèi)部的線路。16個(gè)開關(guān)撥入的數(shù)據(jù)經(jīng)開關(guān)門電路送到內(nèi)部總線，內(nèi)部總線與運(yùn)算器的輸入端D15~D0已經(jīng)連接。23位的微型開關(guān)的不同組合完成不同的控制，其各編碼對應(yīng)的控制功能給出在表2-1。脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)微型開關(guān)各字段的控制功能編碼I8~6I5~3I2~0REGQY功能RS000F→QFR+SAQ001FS–RAB010F→BAR–S0Q011F→BFR∨S0B100F/2→BQ/2→QFR∧S0A101F/2→BF/R∧SDA1102F→B2Q→QFR⊕SDQ1112F→BF/(R⊕S)D0脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)1根據(jù)預(yù)期要完成的運(yùn)算設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，依據(jù)教學(xué)計(jì)算機(jī)的簡明操作卡中的有關(guān)表格中的規(guī)定內(nèi)容，找出實(shí)現(xiàn)每一操作功能要用到的控制碼。請把下表中各種控制信號的正確取值填寫在相應(yīng)位置。表1預(yù)期功能控制信號I8-6I5-3I2-0SSTA地址B地址SCISSHR0←1234R9←789FR9←R9-R0R0←R0+1R10←R0右移R0←R9∧R0Q←R9將上述七項(xiàng)運(yùn)算的執(zhí)行結(jié)果填進(jìn)下表。表2功能控制信號ALU輸出和CZVS（按Start之前）ALU輸出和CZVS（按Start之后）R0←1234R9←789FR9←R9-R0R0←R0+1R10←R0右移R0←R9∧R0Q←R9還是采用脫機(jī)運(yùn)算器的方法，完成表3。表3運(yùn)算I8-I0SSTSSHSCiBA壓START前壓START后ALU輸出CZVSALU輸出CZVS*D1