實(shí)驗(yàn)1：脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)介紹版)

1、實(shí)驗(yàn)一 脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、深入了解位片結(jié)構(gòu)運(yùn)算器AM2901的功能與用法；2、學(xué)習(xí)4片AM2901組成一個(gè)16位運(yùn)算器的級(jí)連方式，深化運(yùn)算器部件的組成、設(shè)計(jì)、控制和使用等方面的知識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算操作的部件?；静僮靼?、減、乘、除四則算術(shù)運(yùn)算，與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算，以及傳送、移位、比較等操作。運(yùn)算器的組成除了ALU單元外，還包括必要的寄存器和移位器等部件。寄存器用于存放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果，以節(jié)省訪問(wèn)存儲(chǔ)器的時(shí)間；移位器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的移位功能，以擴(kuò)展ALU的運(yùn)算功能，增加數(shù)據(jù)傳送的靈活性。AM2901是一個(gè)4位運(yùn)算器，主要由ALU、輸入多路選擇

2、器、輸出選擇器、寄存器組和移位器等組成，如圖1-1所示。二選一ALUF=0000Cn+4OVRF3二選一三選一A鎖存器B鎖存器A B16個(gè)通用寄存器組B三選一44三選一Q寄存器Q3Q0RAM0RAM3輸出Y4A口地址B口地址數(shù)據(jù)D4I6I7I8I3I4I5I0I1I2OECnFRS圖1-1 AM2901芯片的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)1）算術(shù)邏輯ALUALU為4位算術(shù)邏輯單元，共有8種運(yùn)算功能，由輸入端I5I4I3的編碼值決定執(zhí)行哪一種功能。2）通用寄存器組AM2901內(nèi)部有一個(gè)通用寄存器組，共有16個(gè)4位的寄存器。寄存器組有A和B兩個(gè)端口，其中端口A只有讀出數(shù)據(jù)功能，端口B具有讀出和寫(xiě)入兩種功能。即數(shù)據(jù)可

3、以從A口和B口輸出，但只能從B口輸入。3）Q寄存器Q寄存器為4位，在乘除運(yùn)算中可用來(lái)存放乘數(shù)或商，故又稱為乘商寄存器。Q寄存器本身具有移位功能，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行左移一位或右移一位的處理。4）ALU輸入多路選擇器AM2901具有兩個(gè)輸入多路選擇器R和S，為ALU提供兩個(gè)操作數(shù)。R可選擇來(lái)自數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)D（來(lái)自外部）或寄存器組端口A的數(shù)據(jù)；S可從寄存器組端口A、B和Q寄存器3個(gè)來(lái)源選取數(shù)據(jù)。兩個(gè)操作數(shù)的組合由控制信號(hào)I2I1I0的編碼確定。5）移位器4位，用于對(duì)ALU的輸出實(shí)現(xiàn)直送、左移或右移處理。6）輸出選擇器選擇AM2901輸出數(shù)據(jù)Y的來(lái)源。輸出數(shù)據(jù)Y有兩個(gè)來(lái)源：一個(gè)是ALU的運(yùn)算結(jié)果F，另一個(gè)是

4、直接來(lái)自寄存器組端口A。輸出Y的選擇，以及ALU的運(yùn)算結(jié)果F如何傳送給寄存器組端口B的輸入或Q寄存器，由控制信號(hào)I8I7I6的編碼值確定。表1-1 選擇8種運(yùn)算 表1-2 選擇ALU的8種輸入數(shù)據(jù)組合 表1-3 選擇運(yùn)算器的8種結(jié)果的處置方案I5 I4 I3運(yùn)算類型I2 I1 I0R來(lái)源 S來(lái)源I8 I7 I6寄存器組Q寄存器Y輸出0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1RSSRRSRSRSRSRSRS0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A QA B01 Q0 B0 AD2 AD QD 00 0 00 0 10

5、 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 FB FBF/2BF/2B 2FB 2FB FQQ/2QQ/2QFFAFFFFF注：1 0表示數(shù)值恒為0；2 D表示外部數(shù)據(jù)。7）Am2901需要用一個(gè)CLK（CP）時(shí)鐘信號(hào)作為內(nèi)部通用寄存器、鎖存器和Q寄存器的打入（鎖存）信號(hào)，如圖1-2所示。CLK為高電平時(shí)A、B鎖存器即輸入端的數(shù)據(jù)直通輸出端，CLK的下降沿將輸入端的數(shù)據(jù)鎖存。CLK為低電平時(shí)通用寄存器從B口接收數(shù)據(jù)，CLK的上升沿將輸入端的數(shù)據(jù)鎖存，Q寄存器接收數(shù)據(jù)的情況與通用寄存器組相同。ALU操作周期系統(tǒng)時(shí)鐘寄存器鎖存寄存器接收A、B口鎖存圖1-2 Am2901時(shí)鐘CLK信

6、號(hào)作用圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)，是指把運(yùn)算器部件完全脫離與計(jì)算機(jī)主機(jī)及其他部件正常的連接關(guān)系，在完全孤立出來(lái)的運(yùn)算器上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。此時(shí)，只能通過(guò)微型撥動(dòng)開(kāi)關(guān)和按鍵控制運(yùn)算器完成指定的運(yùn)算功能，并通過(guò)信號(hào)指示燈觀察運(yùn)算結(jié)果。除I8I0 的9個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)之外，其余的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)功能和作用如下：1）A口、B口地址（各4位）：輸入從A口、B口對(duì)內(nèi)部寄存器組的寄存器進(jìn)行讀、寫(xiě)操作的地址。2）SCI（2位）：選擇最低位進(jìn)位輸入信號(hào)C0的形成，可取0、1，也可取進(jìn)位標(biāo)志C的值（用于帶進(jìn)位的加、減運(yùn)算）。3）SSH（2位）：選擇移位器左移、右移操作時(shí)最高位或最低位的移入信號(hào)。4）SST（3位）

7、：選擇運(yùn)算器的操作結(jié)果對(duì)狀態(tài)標(biāo)志寄存器的影響，即選擇操作結(jié)果將對(duì)狀態(tài)寄存器的標(biāo)志有什么影響。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在脫機(jī)環(huán)境下，以手工方式，通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)向運(yùn)算器提供運(yùn)算操作所需的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，完成運(yùn)算器的運(yùn)算操作。3、實(shí)驗(yàn)步驟1）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)后，將教學(xué)機(jī)左下方的5個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)置為1XX00（單步、16位、脫機(jī)方式）；先按一下“RESET”按鍵，再按一下“START”鍵（每按一下“START”鍵，時(shí)鐘電路發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖），進(jìn)行初始化。2）將SST 設(shè)置為“001”，通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)向運(yùn)算器提供控制信號(hào)。3）按下表所列的操作進(jìn)行脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果填入表中。其中D1取為0101H，D2取為1010H；D1、D

8、2通過(guò)16位數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)向運(yùn)算器提供數(shù)據(jù)；通過(guò)指示燈觀察運(yùn)算結(jié)果及狀態(tài)標(biāo)志。特別說(shuō)明：下表的運(yùn)算實(shí)際上分兩步完成：第一步完成數(shù)值運(yùn)算，第二步完成賦值以及將標(biāo)志狀態(tài)送到標(biāo)志寄存器。設(shè)置好I8-I0、SCI、SSH的值以及A、B口的地址后，運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，按下START鍵后進(jìn)行賦值（包括標(biāo)志寄存器）操作。運(yùn)算I8-I0ABSCISSH壓START前壓START后ALU輸出CZVSALU輸出CZVS*D1+0-R0不用00000000隨機(jī)*D2+0-R1不用00010000R0+R1-R0000100000000R1-R0-R1000000010100R0R1-R1000000010000R0R1-R0000100000000R0R1-R00001000000002*R0-R0不用00000000R0/2-R0不用00000000注：用*標(biāo)記的運(yùn)算，表示D1、D2的數(shù)據(jù)來(lái)自外部，由撥動(dòng)開(kāi)關(guān)SW給出。四、實(shí)驗(yàn)要求1、認(rèn)真寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)用的全部數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)操作步驟等。2、實(shí)驗(yàn)之