實驗1運算器實驗

1、實驗一實驗一 運算器實驗運算器實驗主講人：秦勉主講人：秦勉2022年4月27日星期三2實驗目的實驗目的l 深入了解深入了解AM2901運算器的功能與具體用法；運算器的功能與具體用法；l 深化運算器部件的組成、設計、控制與使用等諸項深化運算器部件的組成、設計、控制與使用等諸項知識。知識。2022年4月27日星期三3運算器運算器Am2901組成組成算邏運算器算邏運算器ALUALU寄存器組寄存器組R0R15R0R15乘商寄存器乘商寄存器Q Q5 5組多路選擇器組多路選擇器功能功能8 8種種 運算類型運算類型8 8種種 數(shù)據(jù)組合方式數(shù)據(jù)組合方式8 8種種 結(jié)果處理結(jié)果處理2022年4月27日星期三4A

2、m2901運算器運算器 ALU S RCnFF3F=0000OVRCn+4符號位符號位S結(jié)果為零結(jié)果為零Z結(jié)果溢出結(jié)果溢出V進位輸出進位輸出Cl 每片每片Am2901為為4位的；位的； 4片片Am2901級聯(lián)構(gòu)成級聯(lián)構(gòu)成16位運算器；位運算器；l 輸出輸出運算結(jié)果運算結(jié)果F、標志位、標志位SZVC；l 輸入輸入R、S、最低位的進位信號、最低位的進位信號CnRS的數(shù)據(jù)來源由多路開關(guān)可選，共的數(shù)據(jù)來源由多路開關(guān)可選，共8種組合狀態(tài)；種組合狀態(tài)；l 共完成共完成 8 種運算功能；種運算功能；3 種算術(shù)運算（加減等）和種算術(shù)運算（加減等）和5種邏輯運算（與或異或等）；種邏輯運算（與或異或等）；2022

3、年4月27日星期三5Am2901的輸入控制的輸入控制l 8種數(shù)據(jù)組合種數(shù)據(jù)組合由由I0I2提供數(shù)據(jù)來源提供數(shù)據(jù)來源選擇輸入選擇輸入ALU的兩個操作數(shù)的兩個操作數(shù)R和和S的組合關(guān)系的組合關(guān)系I2I1I0數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來源RS000AQ001AB0100Q0110B1000A101DA110DQ111D0I5I4I3功能功能000R+S001S-R010R-S011RS100RS101RS110R S111R S2022年4月27日星期三6l 8種運算功能種運算功能由由I3I5提供功能編號提供功能編號三種算術(shù)運算，三種算術(shù)運算，5種邏輯運算種邏輯運算Am2901的運算類型控制的運算類型控制2022年

4、4月27日星期三7通用寄存器組通用寄存器組l 16個通用寄存器；個通用寄存器；l 雙端口（雙端口（A口，口，B口）控制讀出，口）控制讀出，單端口（單端口（B口）控制寫入；口）控制寫入；讀出數(shù)據(jù)將送到讀出數(shù)據(jù)將送到A、B鎖存器；鎖存器；寫入數(shù)據(jù)由多路選擇器控制；寫入數(shù)據(jù)由多路選擇器控制；l 例如，指令例如，指令MVRR R0 , R1A口地址應為口地址應為0001；B口地址應為口地址應為0000；l A口讀出數(shù)據(jù)還可作為該芯片的可口讀出數(shù)據(jù)還可作為該芯片的可選輸出數(shù)據(jù)之一；選輸出數(shù)據(jù)之一；4 4位地址位地址 B鎖存器鎖存器A鎖存器鎖存器A口地址口地址B口地址口地址（寫入）（寫入）16個個通用寄存

5、器通用寄存器2022年4月27日星期三8乘商寄存器乘商寄存器Ql 乘商寄存器乘商寄存器Q主要用于實現(xiàn)硬件的乘法、除法指令；主要用于實現(xiàn)硬件的乘法、除法指令；l 乘商寄存器乘商寄存器Q具有左右移位的功能；具有左右移位的功能；左移時，高位移入左移時，高位移入Q3，右移時，低位移入，右移時，低位移入Q0；l 乘商寄存器乘商寄存器Q的輸出可以送往的輸出可以送往ALU的的S輸入端，并可輸入端，并可接收接收ALU的輸出結(jié)果。的輸出結(jié)果。2022年4月27日星期三95組多路選擇器組多路選擇器lALU輸入端輸入端R、S的數(shù)據(jù)來源選擇器的數(shù)據(jù)來源選擇器R端為二選一選擇器，可選鎖存器端為二選一選擇器，可選鎖存器A

6、和數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)線D；S端為三選一選擇器，可選鎖存器端為三選一選擇器，可選鎖存器A、B和乘商寄存器和乘商寄存器Q；lALU運算結(jié)果的存儲選擇器運算結(jié)果的存儲選擇器三選一選擇器；三選一選擇器；選擇選擇把把ALU的運算結(jié)果本身，還是乘的運算結(jié)果本身，還是乘/除除2之后的值保存；之后的值保存；lQ寄存器取值選擇器寄存器取值選擇器三選一選擇器；三選一選擇器；選擇將選擇將Q寄存器的左寄存器的左/右移一位、或接收右移一位、或接收ALU輸出值；輸出值；l運算結(jié)果輸出選擇器運算結(jié)果輸出選擇器二選一選擇器；二選一選擇器；選擇把選擇把ALU結(jié)果或結(jié)果或A口數(shù)據(jù)送出；口數(shù)據(jù)送出；2022年4月27日星期三10l 8種

7、結(jié)果處理種結(jié)果處理由由I6I8提供結(jié)果處理情況提供結(jié)果處理情況通用寄存器是否接收運算結(jié)果，及運算結(jié)果類型；通用寄存器是否接收運算結(jié)果，及運算結(jié)果類型；Q寄存器的值是否發(fā)生變化；寄存器的值是否發(fā)生變化；運算器向外輸出什么樣的內(nèi)容；運算器向外輸出什么樣的內(nèi)容；I8I7I6結(jié)果處理結(jié)果處理寄存器組寄存器組Q寄存器寄存器Y輸出輸出000FQF001F010FBA011FBF100F/2BQ/2QF101F/2BF1102FB2QQF1112FBFALU運算結(jié)果的傳送控制運算結(jié)果的傳送控制2022年4月27日星期三11Am2901的引腳及輸入輸出信號的引腳及輸入輸出信號2022年4月27日星期三124片

8、片Am2901芯片之外的線路設計（芯片之外的線路設計（1/3）l 4個標志位信號的接收與記憶電路個標志位信號的接收與記憶電路由由C、Z、V、S共共4個觸發(fā)器構(gòu)成的標志寄存器，有三個觸發(fā)器構(gòu)成的標志寄存器，有三位編碼位編碼SST2SST0對其進行選擇對其進行選擇SSTSSTC Z V SC Z V S說說 明明0 0 0C Z V S狀態(tài)位保持不變狀態(tài)位保持不變0 0 1CY F=0 OVR F15接收接收ALU標志位輸出的值標志位輸出的值0 1 0IB7 IB6 IB5 IB4恢復標志位原來的現(xiàn)場值恢復標志位原來的現(xiàn)場值0 1 10 Z V SC置置01 0 01 Z V SC置置11 0 1

9、RAM0 Z V S右移（移出時）右移（移出時）1 1 0RAM15 Z V S左移（移出時）左移（移出時）1 1 1Q0 Z V S聯(lián)合右移（硬件乘法指令）聯(lián)合右移（硬件乘法指令）2022年4月27日星期三134片片Am2901芯片之外的線路設計（芯片之外的線路設計（2/3）l 最低位最低位Cin的形成的形成 對于對于Cin可取值為可取值為0、1或進位標志或進位標志C的值（帶進位的雙精的值（帶進位的雙精度加減法運算）；度加減法運算）； 由由SCI碼加以區(qū)分：碼加以區(qū)分：SCISCIC Cinin 說明說明000 ADD、DEC011 INC、SUB10C ADC、SBB2022年4月27日星

10、期三14l 最高、最低的移位輸入信號設計最高、最低的移位輸入信號設計 最高位的移位入出信號為最高位的移位入出信號為RAM15和和Q15 最低位的移位入出信號為最低位的移位入出信號為RAM0和和Q0SSHSSH左移左移右移右移說明說明RAMRAM0 0Q Q0 0RAMRAM1515Q Q1515000X0X補補0（邏輯左右移）（邏輯左右移）01CXCX帶進位移（循環(huán)移位）帶進位移（循環(huán)移位）10Q15F15CYRAM0帶帶Q同時移位（乘除時）同時移位（乘除時）11XXF15RAM0補碼右移補碼右移4片片Am2901芯片之外的線路設計（芯片之外的線路設計（3/3）2022年4月27日星期三15本

11、次實驗說明本次實驗說明l脫機方式實驗脫機方式實驗僅使用實驗箱上的運算器完成的實驗。僅使用實驗箱上的運算器完成的實驗。l輸入來源輸入來源16 位數(shù)據(jù)開關(guān)，提供參加運算的數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)開關(guān)，提供參加運算的數(shù)據(jù)；u左邊標有左邊標有SWH 的是高的是高8 位，右邊標有位，右邊標有SWL 的是低的是低8 位；位；兩個兩個12 位微型開關(guān)，提供運算器運行所必需的控制信號；位微型開關(guān)，提供運算器運行所必需的控制信號；u標有標有micro switch 1 和和micro switch 2l輸出顯示輸出顯示通過指示燈觀察運算結(jié)果。通過指示燈觀察運算結(jié)果。Micro switch 1Micro switch 2I

12、8- I6I5- I3I2- I0SST SSHSCIB Port A Port2022年4月27日星期三16實驗步驟實驗步驟l 將教學機左下方的將教學機左下方的5個功能撥動開關(guān)置為個功能撥動開關(guān)置為1XX00單步、單步、1616位、脫機；位、脫機；l 先按先按“RESET”按鍵，再按按鍵，再按“START”按鍵，進行初始化；按鍵，進行初始化；l 按實驗表中所列的操作數(shù)在機器上進行運算器脫機實驗，將按實驗表中所列的操作數(shù)在機器上進行運算器脫機實驗，將結(jié)果填入表中；結(jié)果填入表中；運算運算I80SSTSSHSCIB A按按START前前按按START后后ALU輸輸出出SVZCALU輸出輸出SVZC

13、MVRD R0 , 0101 2022年4月27日星期三17置數(shù)舉例置數(shù)舉例l MVRD R0 , 0101l分析分析數(shù)據(jù)要寫入到數(shù)據(jù)要寫入到R0寄存器，所以選擇寄存器，所以選擇B口；口；又因為又因為0101HR0可以看做可以看做0101H+0 R0，故，故I2I1I0取值為取值為111， I5I4I3取值為取值為000， I8I7I6取值為取值為011；l最后置數(shù)取值：最后置數(shù)取值：A口地址：口地址：XXXXB口地址：口地址：0000I8I7I6 I5I4I3 I2I1I0 ：011 000 111SST:000SSH:00 Sci:002022年4月27日星期三18置數(shù)舉例置數(shù)舉例lADD R0 , R1 l置數(shù)結(jié)果置數(shù)結(jié)果A口：口：0001B口：口：0000I8I7I6：011I5I4I3：000I2I1I0：001SST:001SSH:00 Sci:00lSUB R0 , R1 l置數(shù)結(jié)果置數(shù)結(jié)果A口：口：0001B口：口：0000I8I7I6：011I5I4I3：001I2I1I0：001SST:001SSH:00 Sci:012022年4月27日星期三19實驗要求實驗要求l 實驗之前認真預習，實驗過程所用數(shù)據(jù)和運行結(jié)果等，否則實實驗之前認真預習，實驗過程所用數(shù)據(jù)和運行結(jié)果等，否則實驗效率會很低，所學到的內(nèi)容也會大受影響；驗效率會很低，所學到的內(nèi)容也