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

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科 技 学 综合实验报告( 2011 -- 2012 年度第 一 学期)名 称： 综合实验计算机组成原理 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. 熟悉和深入理解4位运算器芯片Am功能及内部组成，2901，控制信号及其各自的控制功能；2. 熟悉并深入了解16位运算器部件的具体方案，每个数据位信号和控制位信号的连接关系；3. 熟悉和深入理解2片GAL20V8芯片解决ALU最低进位输入信号和最高、最低移位输入信号，实现4位标志位寄存器，理解为什么这些功能不能在运算器芯片内实现，而是需要在芯片外处理；4. 明确教学计算机的计算器部件，使用总共23位的控制信号完全确定其所有的计算和处理功能算机实验可以通过24个微开关提供这些控制信号，教学计算机正常执行指令，这些控制信号必须由控制器部件提供。每个(组)的控制功能在两种方式下完全相同。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 计算机是计算机硬件系统的五大传统功能部件之一，它承担着执行计算和临时存储计算数据的功能ALU参加线路和临时存储ALU由三部分组成：运算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，通过多路选择器线连接三个部分，形成完整的计算器部件。TEC-XP16教学计算机的计算器部件，主体部件为4片4位长度的计算器芯片Am2901组成，每片Am2901可以从内部总线接收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)，支持三态功能的开关门电路送至内部总线IB。还要使用MACH芯片内部的部分电路提供ALU使用最低进位输入信号和最高、最低移位输入信号GAL20V8实现4位标志位寄存器FLAG，接收ALU内存堆栈区域输出的4个标志位信号和4个数据(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，将现场状态信息保存到堆栈区。如图2.1所示，教学机运算器部件的组成线和信息连接关系。如图2.1所示，教学机运算器部件的组成线和信息连接关系。.1 计算机组件的教学实验应在教学计算机主板上进行，可以在脱机或在线下完成。脱机运算器实验是指在完全孤立的运算器上进行的教学实验，使运算器部件完全脱离与计算机主机其他部件的正常连接关系。此时，参与操作的数据只能通过数据开关拨入，操作计算器操作所需的控制信号可以通过微开关提供，操作简单，实验结果清晰易懂。图2. 2是计原16系统中运算器最低进位输入信号的16位运算器脱机实验环境Cin输入信号，左右移位RAM0、Q0、RAM15、Q15是由MACH芯片内部的SHIFT线路提供，图左侧的矩形部分是MACH内线。通过开关门电路将16个开关拨入的数据发送到内部总线、内部总线和计算器的输入端D15~D0已经连接。不同组合的23位微开关完成不同的控制，每个编码对应的控制功能在表2-1中给出。 图2.2 离线计算机实验的环境在线实验是指在计算机部件与计算机主机保持正常连接的情况下进行的以计算机为重点的教学实验。此时，可以通过指令提供参与操作的数据，通过控制器提供操作操作所需的控制信号，通过信号指示灯或操作监控程序观察操作结果，操作略复杂，涉及如何让控制器提供操作实验所需的控制信号，当然，实验收获会更大，提前接触控制器部件的一些内容。1．2 脱机运算器实验微开关各字段的控制功能TEC-XP 16脱机运算器实验微开关各字段的控制功能编码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)D0SSH SCICin / Shift000Cin = 0001Cin = 1010Cin = C100逻辑移位101循环移位SSTCZVS000CZVS001CYF=0OVRF15010内部总线0110ZVS1001ZVS101RAM0ZVS110RAM15ZVS111Q0ZVS1．3 脱机运算器实验1.脱机运算器实验，在教学实验中实现以下7个操作功能：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口选择R0R9 ← 789F 数据开关拨789F, B地址给9, D 0， 结果送B口选择R9R9 ← R9-R0 B地址9,A地址0，最低进位1，B-A,结果送B口选择R9R0 ← R0 1 B地址给0,最低位进位给1，B 0， 结果送B口选择R0R10← R0 B地址给A,A地址给0, A 0， 结果送B口选择R10逻辑右移R0 ← R9^R0 B地址给0值, A地址也给9， B^A并实现逻辑左移操作Q ← R9 A地址给9, 不接收通用寄存器，A 0.因此，Q寄存器具有预期功能和 关键词： 计算机 组成 原理 实验 报告 运算器 华北 电力大学 李梅

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