组成原理 基本运算器实验

《组成原理 基本运算器实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、计算机与信息工程学院实验报告计算机与信息工程学院实验报告姓名李迪学号20092103399专业计算机科学与技术班级09蒙班联系电话15247127279Email同组实验者王娜实验室名称实验日期2011-10-20课程名称组成原理实验序号01实验项目基本运算器实验主讲教师辅导教师指导教师实验心得：课后写出对本次实验的体会。学到了什么知识、加深了对什么知识内容的理解等。学生签名：李迪2011年10月20日成绩评定及教师评语：成绩：教师签名：年月日注：硬件类实验报告请按附录1的格式填写；软件类实验报告请按附录2的格式填写。填写时应去掉红

2、色的提示语。·5·计算机与信息工程学院实验报告附录1：硬件类实验报告一、实验内容计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由CPU中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件ALU。因此本次实验内容要了解基本的运算器和运算器的基本结构。二、实验目的及要求(1)了解运算器的组成结构。(2)掌握运算器的工作原理。三、实验原理本实验的原理如图1-1-1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

3、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，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。ALU中所有模块集成在一片CPLD中。逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-1-2所示。图中显示的是一个4X4的矩阵（系统中是一个8X8的矩阵）。每一个输入

4、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。例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。(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。图1-1-1运算器原理图运算器部件由一片CPLD实现。ALU的输入和输出通过三态门74L

5、S245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FZ。请注意：实验箱上凡丝印标注有马蹄形标记‘’，表示这两根排针之间是连通的。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TS4·5·计算机与信息工程学院实验报告提供（时序单元的介绍见附录二），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，其

6、余为高有效。暂存器A和暂存器B的数据能在LED灯上实时显示，原理如图1-1-3所示（以A0为例，其它相同）。进位标志FC、零标志FZ和数据总线D7…D0的显示原理也是如此。运算器的逻辑功能表如表1-1-1所示，其中S3S2S1S0CN为控制信号，FC为进位标志，FZ为运算器零标志，表中功能栏内的FC、FZ表示当前运算会影响到该标志。运算类型S3S2S1S0CN功能逻辑运算0000XF=A(直通)0001XF=B(直通)0010XF=AB（FZ）0011XF=A+B（FZ）0100XF=/A（FZ）移位运算0101XF=A不带进位循环

7、右移B（取低3位）位（FZ）01100F=A逻辑右移一位（FZ）01101F=A带进位循环右移一位（FC，FZ）01110F=A逻辑左移一位（FZ）01111F=A带进位循环左移一位（FC，FZ）算数运算1000X置FC=CN（FC）1001XF=A加B（FC，FZ）1010XF=A加B加FC（FC，FZ）1011XF=A减B（FC，FZ）1100XF=A减1（FC，FZ）1101XF=A加1（FC，FZ）1110X（保留）1111X（保留）表1-1-1运算器逻辑功能表*表中“X”为任意态，下同一、使用实验设备、仪器、材料PC机一台

8、，TD-CMA实验系统一套。二、实验方法过程（步骤）(1)按图1-1-5连接实验电路，并检查无误。图中将用户需要连接的信号用圆圈标明（其它实验相同）。·5·计算机与信息工程学院实验报告(2)将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单拍’档