实验一算术逻辑运算实验

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1、成绩:指导老师(签名):要处理的数椐存于暂存器A#必學itPUTIAN胃eRSITy信息工程学院实验报告课程名称：计算机组成基础实验项目名称：算术逻辑运算实验实验时间：2016-11-23班级：141姓名：王炳地学号：201411401121一、实验目的(1)了解运算器的纟II成结构。(2)掌握运算器的工作原理。二、实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。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，分别为算木、逻辑和移位运算部件，和暂存器B，三个部件同时接受来向A和B的数裾(冇些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM)，各部件对

2、操作数进行何种运算由控制信号S3…SO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P面又有专门的算术运算部件设汁实验，在此对这两个部件不冉赘述。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，交义开关的原理如图1-1-2所示。图中敁示的是一个4X4的矩阵(系统中是一个8X8的矩阵)。每一个输入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，

3、将一条对角线的开关导通，这将所奋的输入位与所使川的输出分别相连，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位矩阵屮使川‘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，移位时使川符兮扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。使用兄外的逻辑进行移位总暈译码和符号判别。•rn图1-1-1运算器原理图运算器部件由一•片CPLD实现。ALU的输入和输川通过三态门74LS245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。清注意：实验箱h凡丝印标注有马蹄形标记‘U’，表示这两根排针之间是连通的。图屮除丁

4、4和CLR,其余信号均來£1于ALU单元的排线座，实验箱屮所奋单元的Tl、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的Tl、T2、T3、T4,CLK都连接至CON单元的CLK按钮。T4由吋序单元的TS4提供（时序单元的介绍见附录二），K•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，其屮ALU_B为低有效，其余为高有效。图1-1-2交叉开关桶形移位器原理图暂存器A和暂存器B的数裾能在LED灯上实时显示，原理如图1-1-3所示（以A0为例，K它相同）。进位标志FC、零标志FZ和数据总线D7…DO的显示原理也是如此。1K7171VCC

5、D]A0图1

6、-1-3A0显示原理图ALU和外围电路的连接如图1-1-4所示，图屮的小方桐代表排针座。运算器的逻辑功能表如表1-1-1所示，其巾S3S2SISOCN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。n表巾“X”为任意态，卜同四、实验内容与步骤（1）按图1-1-5连接实验电路，丼检杏无误。图屮将用户需要迕接的信号用圆圈标明它实验相同）。.ncn-tr.riTJ-JT图1-H4ALU和外围电路连接原理图表1-1-1运算器逻辑功能表运算类型S3S2SISOCN功能0000XF=A（直通）0001XF=B（直通）逻辑运算0010XF=AB(FZ)

7、0011XF=A+B(F7J0100XF:/A(EZ)0101XF=A不带进位循环右移B（取低3位）位(EZ)01100F=A逻辑右移一位(FZ)移位运算1F=A带进位循环厶移一位(EC,EZ)01110F=A逻辑左移一位(FZ)1F=A带进位循环左移一位(FC，FZ)1000X置FC=CN(EC)1001XF二A加B(FC,FZ)1010XF=A加B加FC(EC,EZ)算术运算1011XF=A减B(EC,EZ)1100XF=A减1(FC，FZ)1101XF二A加1(EC,EZ)1110X（保留）1111X(保ffi)图1-1-5实验接线图（2）将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单拍’档

8、，开关KK1、KK3置为‘运行’档。（3）打丌电源开关，如果听到有‘嘀’报膂声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。然后按动CON单元的CLR按钮，将运算器的A、B和FC、FZ清零。（4）用输入开关向暂存器A置数。①拨动CON单元的SD27…SD20数据开关，形成二进制数01100101（或其它数值），数据显示亮为‘1’,灭为‘0’。②置LDA=1,LDB=O,连续按动时序单元的ST按钮，产生