基本运算器&静态随机存储器实验报告

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1、学号：姓名：专业：班级：课程名称计算机组成原理实验课时4实验项目基本运算器实验实验时间2015-11-2实验目的1．了解运算器的组成结构。2．掌握运算器的工作原理。实验环境PC机一台，TD-CM3+实验系统一套。排线若干实验内容（算法、程序、步骤和方法）1.实验原理：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

2、控制信号S3…S0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。如果是算术运算，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(MAXIIEPM240)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）。每一个输入都通过开关与一

3、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，算术右移使用符号扩展而不是0填充。使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。图1-1-2交叉开关桶形移位器原理图运算器单元由以下部分构成：一片CPLD实现的A

4、LU，四片74LS245构成的保护电路。ALU的输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上，CPU内总线和数据总线已连通，数据总线指示灯和数据总线相连，用来显示数据总线的内容（实验系统中所有的LED显示灯均为正逻辑，亮为‘1’，灭为‘0’），ALU的数据输入以排针形式引出B7’…B0’，另外还有进位标志FC和零标志FZ指示灯。图1-1-1中有三部分不在CPLD中实现，而是在外围电路中实现，这三部分为图中的‘显示A’、‘显示B’和ALU的输出控制‘三态控制245’，请注意：实验箱上凡丝印标注有

5、马蹄形标记‘’，表示这两根排针之间是连通的。图中除T2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都连接至MC单元的T1、T2，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。T2由时序单元的TS2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T2为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。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

6、标志FZ和数据总线D7…D0的显示原理也是如此。图1-1-3A0显示原理图运算器的逻辑功能表如表1-1-1所示，其中S3S2S1S0为4位控制信号，Cn为来自低位的进位信号，FC为向高位的进位标志，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。表1-1-1运算器逻辑功能表运算类型S3S2S1S0功能逻辑运算0000F=A（直通）0001F=B（直通）0010F=AB（FZ）0011F=A+B（FZ）0100F=/A（FZ）移位运算0101F=A逻辑右移B（取低3位）位（

7、FZ）0110F=A逻辑左移B（取低3位）位（FZ）0111F=A算术右移B（取低3位）位（FZ）1000F=A循环右移B（取低3位）位（FZ）算术运算1001F=A加B（FC，FZ）1010F=A加B加Cn（FC，FZ）1011F=A减B（FC，FZ）1100F=A减1（FC，FZ）1101F=A加1（FC，FZ）1110（保留）1111（保留）运算结果表（接上）实验内容（算法、程序、步骤和方法）2.实验步骤：(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

8、它实验相同）。图1-1-5实验接线图(2)将时序单元的状态开关置为‘单步’档（时序单元的介绍见附录二）,MEM单元的编程开关置为‘运行’档。(3)打开电源开关，如果听到有‘嘀’报警声，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=0，按动