實驗1 運算器實驗

實驗一

運算器實驗主講人：秦勉01二月20232實驗目的深入了解AM2901運算器的功能與具體用法；深化運算器部件的組成、設計、控制與使用等諸項知識。01二月20233運算器Am2901組成算邏運算器ALU寄存器組R0—R15乘商寄存器Q5組多路選擇器功能8種運算類型8種數(shù)據(jù)組合方式8種結(jié)果處理01二月20234Am2901運算器ALUSRCnFF3F=0000OVRCn+4符號位S結(jié)果為零Z結(jié)果溢出V進位輸出C每片Am2901為4位的；4片Am2901級聯(lián)構(gòu)成16位運算器；輸出——運算結(jié)果F、標志位SZVC；輸入——R、S、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8種組合狀態(tài)；共完成8種運算功能；3種算術(shù)運算（加減等）和5種邏輯運算（與或異或等）；01二月20235Am2901的輸入控制8種數(shù)據(jù)組合——由I0~I2提供數(shù)據(jù)來源選擇輸入ALU的兩個操作數(shù)R和S的組合關(guān)系I2I1I0數(shù)據(jù)來源RS000AQ001AB0100Q0110B1000A101DA110DQ111D0I5I4I3功能000R+S001S-R010R-S011R∨S100R∧S101R∧S110R⊕S111R⊕S01二月202368種運算功能——由I3~I5提供功能編號三種算術(shù)運算，5種邏輯運算Am2901的運算類型控制01二月20237通用寄存器組16個通用寄存器；雙端口（A口，B口）控制讀出，單端口（B口）控制寫入；讀出數(shù)據(jù)將送到A、B鎖存器；寫入數(shù)據(jù)由多路選擇器控制；例如，指令MVRRR0,R1A口地址應為0001；

B口地址應為0000；A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；——4位地址

B鎖存器A鎖存器A口地址B口地址（寫入）16個通用寄存器01二月20238乘商寄存器Q乘商寄存器Q主要用于實現(xiàn)硬件的乘法、除法指令；乘商寄存器Q具有左右移位的功能；左移時，高位移入Q3，右移時，低位移入Q0；乘商寄存器Q的輸出可以送往ALU的S輸入端，并可接收ALU的輸出結(jié)果。01二月202395組多路選擇器ALU輸入端R、S的數(shù)據(jù)來源選擇器R端為二選一選擇器，可選鎖存器A和數(shù)據(jù)線D；S端為三選一選擇器，可選鎖存器A、B和乘商寄存器Q；ALU運算結(jié)果的存儲選擇器三選一選擇器；選擇把ALU的運算結(jié)果本身，還是乘/除2之后的值保存；Q寄存器取值選擇器三選一選擇器；選擇將Q寄存器的左/右移一位、或接收ALU輸出值；運算結(jié)果輸出選擇器二選一選擇器；選擇把ALU結(jié)果或A口數(shù)據(jù)送出；01二月2023108種結(jié)果處理——由I6~I8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；Q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；I8I7I6結(jié)果處理寄存器組Q寄存器Y輸出000－FQF001－－F010FB－A011FB－F100F/2BQ/2QF101F/2B－F1102FB2QQF1112FB－FALU運算結(jié)果的傳送控制01二月202311Am2901的引腳及輸入輸出信號01二月2023124片Am2901芯片之外的線路設計（1/3）4個標志位信號的接收與記憶電路由C、Z、V、S共4個觸發(fā)器構(gòu)成的標志寄存器，有三位編碼SST2~SST0對其進行選擇SSTCZVS說明000CZVS狀態(tài)位保持不變001CYF=0OVRF15接收ALU標志位輸出的值010IB7IB6IB5IB4恢復標志位原來的現(xiàn)場值0110ZVSC置01001ZVSC置1101RAM0ZVS右移（移出時）110RAM15ZVS左移（移出時）111Q0ZVS聯(lián)合右移（硬件乘法指令）01二月2023134片Am2901芯片之外的線路設計（2/3）最低位Cin的形成對于Cin可取值為0、1或進位標志C的值（帶進位的雙精度加減法運算）；由SCI碼加以區(qū)分：SCICin

說明000

ADD、DEC011

INC、SUB10C

ADC、SBB01二月202314最高、最低的移位輸入信號設計最高位的移位入出信號為RAM15和Q15最低位的移位入出信號為RAM0和Q0SSH左移右移說明RAM0Q0RAM15Q15000X0X補0（邏輯左右移）01CXCX帶進位移（循環(huán)移位）10Q15F15CYRAM0帶Q同時移位（乘除時）11XXF15RAM0補碼右移4片Am2901芯片之外的線路設計（3/3）01二月202315本次實驗說明脫機方式實驗僅使用實驗箱上的運算器完成的實驗。輸入來源16位數(shù)據(jù)開關(guān)，提供參加運算的數(shù)據(jù)；左邊標有SWH的是高8位，右邊標有SWL的是低8位；兩個12位微型開關(guān)，提供運算器運行所必需的控制信號；標有microswitch1和microswitch2輸出顯示通過指示燈觀察運算結(jié)果。Microswitch1Microswitch2I8-I6I5-I3I2-I0SSTSSHSCIBPortAPort01二月202316實驗步驟將教學機左下方的5個功能撥動開關(guān)置為1XX00單步、16位、脫機；先按“RESET”按鍵，再按“START”按鍵，進行初始化；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；運算I8~0SSTSSHSCIBA按START前按START后ALU輸出SVZCALU輸出SVZCMVRDR0,0101

01二月202317置數(shù)舉例MVRDR0,0101分析數(shù)據(jù)要寫入到R0寄存器，所以選擇B口；又因為0101H→R0可以看做0101H+0→R0，故I2I1I0取值為111，I5I4I3取值為000，I8I7I6取值為011；最后置數(shù)取值：A口地址：XXXXB口地址：0000I8I7I6I5I4I3I2I1I0：011000111SST:000SSH:00Sci:0001二月202318置數(shù)舉例ADDR0,R1置數(shù)結(jié)果A口：0001B口：0000I8I7I6：011I5I4I3：000I2I1I0：001SST:001SSH:00Sci:00SUBR0,R1置數(shù)結(jié)果A口：0001B口：0000I8I7I6：011I5I4I3：001I2I1I0：001SST:001S