脱机运算器实验指导

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1、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。运算器的棊本操作包括加、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；移位器町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

2、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貝-有很好的典型性。2、AM2901各组成部分及其功能4》输出Y11图1・1AM2901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15,14,13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译码器只具有读岀数据功能，而B译码器貝-有读

3、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，输岀的数据分别存入锁存器A和B；—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。它木身具冇移位功能，即可接受其本身左移一位或右移一位的值，它述可以接收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数据线來的数据或A锁存器的数据；而SnJ从A锁存器、B锁存器、Q寄存器3个來源选取数据。两个操作数的纽合由外部送

4、来的3位控制信号12、II、1（）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。6）输出选择门：用丁•确定AM2901输出数据Y的来源。输出数据Y有两个来源：一个是ALU的运算结果F,另一个是直接來自A口。输岀数据Y的选择，以及ALU的运算结果F如何传送给B输入口或Q寄存器,是由外部送來的3位控制信号18、17、16的编码值确定的。3、为了控制AM2901运算器按我们的意图完成预期的运算操作功能，就必须向其提供相应的控制信号，共23位,详细编码参见附录。二、实验步骤运算器部件

5、的实验，要在教学计算机主板上进行，既可以在脱机方式下完成，也可以在联机方式下完成。脱机方式是指使运算器部件完全脱离与计算机主机具他部件正常的连接关系，在完全孤立岀來的运算器上进行的教学实验。此时，只能通过数据开关提供参加运算的数据，通过微型开关提供操作运算器完成运算所必需的控制信号,通过信号指示灯观察运算结果，操作简单，实验结果清晰易理解。实验前预习知识：请参照控制信号表，实验前填好下表屮红色区域范伟I内的内容，实验时在右侧记录结果预期功能控制信号压start前压start后181615B1210S

6、STSCISSHABY15Y0CYF=0OVRF15C、Z、V、SY15Y0CYF=0OVRF15C、Z、V、SR()《1234h0010()()0R9G789Fh0010000R9《R9—RO0010100R0GR0+10010000R10GR00010000右移（与示）R9GR9AR9QGR9控制作用输出功能输入输出进位移位锁存锁存输出状态状态输出状态状态具体实验步骤：（1）：了解实验机布局，将五个控制开关分别置为11X00（五个控制开关从左至右分别是Step/Cntnu.Hndlns/MEMI

7、ns>Comloq/Microp、8Bit/16Bit^LinkMachi/LcavcMachinc即：单步/连续、手动执彳j7程序存储、组合逻辑/微程序控制、8位/16位、联机/脱机1：代表上档功能，0：代表下档功能）。（2）：打开实验机电源开关，先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，重起和初始化实验机。（3）：接卜•來，按上表所列的操作在十六位机上进行运算器脱机实验，将第一步控制信号迸入实验机屮：通过两个12位的微型拨动开关向运算器捉供控制信号，通过数据开关提供外部数据，接着通

8、过指示灯观察并记录运算结果及状态标志。接下来按一下“START”键执行一步，再观察并记录运算结果及状态标志。接下来将第二步控制信号置入实验机屮，周而复始即可完成实验。（实验过程不能间断，如间断则必须从头开始）（4）：分析实验获得的结果，说明得出具体结果的原因，并尝试回答下血思考题。思考题：1、单步实验开关start设在运算器的那个位置？2、每步实验ALU计算多少次？三、实验要求1.实验Z前认真准备，看清实验要求、执行步骤，准备好实验数据和预计结果等，可以在下面表格中修