实验1运算器实验

1、实验一实验一 运算器实验运算器实验主讲人：秦勉主讲人：秦勉2022年6月16日星期四2实验目的实验目的l 深入了解深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；运算器的功能与具体用法；l 深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等诸项深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。知识。2022年6月16日星期四3运算器运算器Am2901组成组成算逻运算器算逻运算器ALUALU寄存器组寄存器组R0R15R0R15乘商寄存器乘商寄存器Q Q5 5组多路选择器组多路选择器功能功能8 8种种 运算类型运算类型8 8种种 数据组合方式数据组合方式8 8种种 结果处理结果处理2022年6月16日星期四4A

2、m2901运算器运算器 ALU S RCnFF3F=0000OVRCn+4符号位符号位S结果为零结果为零Z结果溢出结果溢出V进位输出进位输出Cl 每片每片Am2901为为4位的；位的； 4片片Am2901级联构成级联构成16位运算器；位运算器；l 输出输出运算结果运算结果F、标志位、标志位SZVC；l 输入输入R、S、最低位的进位信号、最低位的进位信号CnRS的数据来源由多路开关可选，共的数据来源由多路开关可选，共8种组合状态；种组合状态；l 共完成共完成 8 种运算功能；种运算功能；3 种算术运算（加减等）和种算术运算（加减等）和5种逻辑运算（与或异或等）；种逻辑运算（与或异或等）；2022

3、年6月16日星期四5Am2901的输入控制的输入控制l 8种数据组合种数据组合由由I0I2提供数据来源提供数据来源选择输入选择输入ALU的两个操作数的两个操作数R和和S的组合关系的组合关系I2I1I0数据来源数据来源RS000AQ001AB0100Q0110B1000A101DA110DQ111D0I5I4I3功能功能000R+S001S-R010R-S011RS100RS101RS110R S111R S2022年6月16日星期四6l 8种运算功能种运算功能由由I3I5提供功能编号提供功能编号三种算术运算，三种算术运算，5种逻辑运算种逻辑运算Am2901的运算类型控制的运算类型控制2022年

4、6月16日星期四7通用寄存器组通用寄存器组l 16个通用寄存器；个通用寄存器；l 双端口（双端口（A口，口，B口）控制读出，口）控制读出，单端口（单端口（B口）控制写入；口）控制写入；读出数据将送到读出数据将送到A、B锁存器；锁存器；写入数据由多路选择器控制；写入数据由多路选择器控制；l 例如，指令例如，指令MVRR R0 , R1A口地址应为口地址应为0001；B口地址应为口地址应为0000；l A口读出数据还可作为该芯片的可口读出数据还可作为该芯片的可选输出数据之一；选输出数据之一；4 4位地址位地址 B锁存器锁存器A锁存器锁存器A口地址口地址B口地址口地址（写入）（写入）16个个通用寄存

5、器通用寄存器2022年6月16日星期四8乘商寄存器乘商寄存器Ql 乘商寄存器乘商寄存器Q主要用于实现硬件的乘法、除法指令；主要用于实现硬件的乘法、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；左移时，高位移入左移时，高位移入Q3，右移时，低位移入，右移时，低位移入Q0；l 乘商寄存器乘商寄存器Q的输出可以送往的输出可以送往ALU的的S输入端，并可输入端，并可接收接收ALU的输出结果。的输出结果。2022年6月16日星期四95组多路选择器组多路选择器lALU输入端输入端R、S的数据来源选择器的数据来源选择器R端为二选一选择器，可选锁存器端为二选一选择器，可选锁存器A

6、和数据线和数据线D；S端为三选一选择器，可选锁存器端为三选一选择器，可选锁存器A、B和乘商寄存器和乘商寄存器Q；lALU运算结果的存储选择器运算结果的存储选择器三选一选择器；三选一选择器；选择选择把把ALU的运算结果本身，还是乘的运算结果本身，还是乘/除除2之后的值保存；之后的值保存；lQ寄存器取值选择器寄存器取值选择器三选一选择器；三选一选择器；选择将选择将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输出值；输出值；l运算结果输出选择器运算结果输出选择器二选一选择器；二选一选择器；选择把选择把ALU结果或结果或A口数据送出；口数据送出；2022年6月16日星期四10l 8种

7、结果处理种结果处理由由I6I8提供结果处理情况提供结果处理情况通用寄存器是否接收运算结果，及运算结果类型；通用寄存器是否接收运算结果，及运算结果类型；Q寄存器的值是否发生变化；寄存器的值是否发生变化；运算器向外输出什么样的内容；运算器向外输出什么样的内容；I8I7I6结果处理结果处理寄存器组寄存器组Q寄存器寄存器Y输出输出000FQF001F010FBA011FBF100F/2BQ/2QF101F/2BF1102FB2QQF1112FBFALU运算结果的传送控制运算结果的传送控制2022年6月16日星期四11Am2901的引脚及输入输出信号的引脚及输入输出信号2022年6月16日星期四124片

8、片Am2901芯片之外的线路设计（芯片之外的线路设计（1/3）1. 4个标志位信号的接收与记忆电路个标志位信号的接收与记忆电路由由C、Z、V、S共共4个触发器构成的标志寄存器，有三个触发器构成的标志寄存器，有三位编码位编码SST2SST0对其进行选择对其进行选择SSTSSTC Z V SC Z V S说说 明明0 0 0C Z V S状态位保持不变状态位保持不变0 0 1CY F=0 OVR F15接收接收ALU标志位输出的值标志位输出的值0 1 0IB7 IB6 IB5 IB4恢复标志位原来的现场值恢复标志位原来的现场值0 1 10 Z V SC置置01 0 01 Z V SC置置11 0

9、1RAM0 Z V S右移（移出时）右移（移出时）1 1 0RAM15 Z V S左移（移出时）左移（移出时）1 1 1Q0 Z V S联合右移（硬件乘法指令）联合右移（硬件乘法指令）2022年6月16日星期四134片片Am2901芯片之外的线路设计（芯片之外的线路设计（2/3）2. 最低位最低位Cin的形成的形成 对于对于Cin可取值为可取值为0、1或进位标志或进位标志C的值（带进位的双精的值（带进位的双精度加减法运算）；度加减法运算）； 由由SCI码加以区分：码加以区分：SCISCIC Cinin 说明说明000 ADD、DEC011 INC、SUB10C ADC、SBB2022年6月16

10、日星期四143. 最高、最低的移位输入信号设计最高、最低的移位输入信号设计 最高位的移位入出信号为最高位的移位入出信号为RAM15和和Q15 最低位的移位入出信号为最低位的移位入出信号为RAM0和和Q0SSHSSH左移左移右移右移说明说明RAMRAM0 0Q Q0 0RAMRAM1515Q Q1515000X0X补补0（逻辑左右移）（逻辑左右移）01CXCX带进位移（循环移位）带进位移（循环移位）10Q15F15CYRAM0带带Q同时移位（乘除时）同时移位（乘除时）11XXF15RAM0补码右移补码右移4片片Am2901芯片之外的线路设计（芯片之外的线路设计（3/3）2022年6月16日星期四

11、15本次实验说明本次实验说明l脱机方式实验脱机方式实验仅使用实验箱上的运算器完成的实验。仅使用实验箱上的运算器完成的实验。l输入来源输入来源16 位数据开关，提供参加运算的数据；位数据开关，提供参加运算的数据；u左边标有左边标有SWH 的是高的是高8 位，右边标有位，右边标有SWL 的是低的是低8 位；位；两个两个12 位微型开关，提供运算器运行所必需的控制信号；位微型开关，提供运算器运行所必需的控制信号；u标有标有micro switch 1 和和micro switch 2l输出显示输出显示通过指示灯观察运算结果。通过指示灯观察运算结果。Micro switch 1Micro switch

12、 2I8- I6I5- I3I2- I0SST SSHSCIB Port A Port2022年6月16日星期四16实验步骤实验步骤l 将教学机左下方的将教学机左下方的5个功能拨动开关置为个功能拨动开关置为1XX00单步、单步、1616位、脱机；位、脱机；l 先按先按“RESET”按键，再按按键，再按“START”按键，进行初始化；按键，进行初始化；l 按实验表中所列的操作数在机器上进行运算器脱机实验，将按实验表中所列的操作数在机器上进行运算器脱机实验，将结果填入表中；结果填入表中；运算运算I80SSTSSHSCIB A按按START前前按按START后后ALU输输出出SVZCALU输出输出S

13、VZCMVRD R0 , 0101 2022年6月16日星期四17置数举例置数举例l MVRD R0 , 0101l分析分析数据要写入到数据要写入到R0寄存器，所以选择寄存器，所以选择B口；口；又因为又因为0101HR0可以看做可以看做0101H+0 R0，故，故I2I1I0取值为取值为111， I5I4I3取值为取值为000， I8I7I6取值为取值为011；l最后置数取值：最后置数取值：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6月16日星期四18置数举例置数举例lADD R0 , R1 l置数结果置数结果A口：口：0001B口：口：0000I8I7I6：011I5I4I3：000I2I1I0：001SST:001SSH:00 Sci:00lSUB R0 , R1 l置数结果置数结果A口：口：0001B口：口：0000I8I7I6：011I5I4I3：001I2I1I0：001SST:001SSH:00 Sci:012022年6月16日星期四19实验要求实验要求l 实验之前认真预习，实验过程所用数据和运行结果等，否则实实验之前认真预习，实验过程所用数据和运行结果等，否则实验效率会很低，所学到的内容也会大受影响；验效率会很低，所学到的内容也