计算机组成原理 运算器实验

科技学院课程设计实验报告(2014--2015年度第一学期)名称：计算机组成原理综合实验题目：运算器实验院系：信息工程系班级：学号：学生姓名：指导教师：李梅王晓霞设计周数：一周成绩：日期：2015年1月一、目的与要求（1）熟悉与深入理解4位的运算器芯片Am2901的功能和内部组成，运行中要求使用的控制信号及其各自的控制作用；（2）熟悉与深入理解用4片4位的运算器芯片构成16位的运算器部件的具体方案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系；（3）熟悉与深入理解用2片GAL20V8芯片解决ALU最低位的进位输入信号和最高、最低位的移位输入信号、实现4位的标志位寄存器的方案，理解为什么这些功能不能在运算器芯片之内实现而要到芯片之外另外处理。（4）明确教学计算机的运算器部件，使用总计23位的控制信号就完全确定了它的全部运算与处理功能，脱机运算器实验中可以通过24位的微型开关中的23位提供这些控制信号，教学计算机正常执行指令时，这些控制信号必须改由控制器部件来提供。在两种方式下，每一位（组）的控制功能是完全相同的。二、实验正文实验内容脱机运算器和联机运算器的区别和联系运算器是计算机硬件系统传统的5大功能部件之一，承担执行运算和暂存运算。数据的功能，通常由执行算术逻辑运算功能的ALU线路。暂存参加ALU运算的数据和中间运算结果的通用寄存器组、支持乘法运算的专用寄存器三部分组成，三部分之间通过多线路选择器线路实现连接，从而构成一个完整的运算器部件。TEC-XP16教学计算机的运算器部件，主体部分由4片4位长度的位片结构的运算器芯片Am2901组成，每片Am2901可以接收来自内部总线IB的4位输入数据，其4为输出直接送到地址寄存器AR的不同字段，并且经过支持三态功能的开关门电路送到内部总线IB。还要使用MACH芯片内部的部分电路提供ALU最低位的进位输入信号和最高、最低的移位输入信号，使用一片GAL20V8实现4位的标志位寄存器FLAG，接收ALU输出的4个标志位信号和来自内存堆栈区的4位数据（用于恢复现场状态信息），FLAG的4位输出可以经过一片带支持三态功能的开关门电路送到内部总线IB，用于保存现场状态信息到堆栈区。教学机运算器部件的组成线路和信息连接关系如图2．1所示。图2.1运算器组成线路和信息连接关系运算器部件的教学实验，要在教学计算机主板上进行，既可以在脱机方式下完成，也可以在联机方式下完成。脱机运算器实验方式是指使运算器部件完全脱离与计算机主机其他部件正常的连接关系，在完全孤立出来的运算器上进行的教学实验。此时，只能通过数据开关拨入参加运算的数据，通过微型开关提供操作运算器运行所必需的控制信号，通过信号指示灯观察运算结果，操作简单，实验结果清晰易理解。图2.2为16位运算器脱机实验的环境，在计原16系统中，运算器最低位的进位输入信号Cin和左右移位输入信号RAM0、Q0、RAM15、Q15是由MACH芯片内部的SHIFT线路提供的，图左侧的长方形部分是MACH内部的线路。16个开关拨入的数据经开关门电路送到内部总线，内部总线与运算器的输入端D15~D0已经连接。23位的微型开关的不同组合完成不同的控制，其各编码对应的控制功能给出在表2-1。脱机运算器实验微型开关各字段的控制功能编码I8~6I5~3I2~0REGQY功能RS000F→QFR+SAQ001FS–RAB010F→BAR–S0Q011F→BFR∨S0B100F/2→BQ/2→QFR∧S0A101F/2→BF/R∧SDA1102F→B2Q→QFR⊕SDQ1112F→BF/(R⊕S)D0脱机运算器实验1根据预期要完成的运算设计实现方案，依据教学计算机的简明操作卡中的有关表格中的规定内容，找出实现每一操作功能要用到的控制码。请把下表中各种控制信号的正确取值填写在相应位置。表1预期功能控制信号I8-6I5-3I2-0SSTA地址B地址SCISSHR0←1234R9←789FR9←R9-R0R0←R0+1R10←R0右移R0←R9∧R0Q←R9将上述七项运算的执行结果填进下表。表2功能控制信号ALU输出和CZVS（按Start之前）ALU输出和CZVS（按Start之后）R0←1234R9←789FR9←R9-R0R0←R0+1R10←R0右移R0←R9∧R0Q←R9还是采用脱机运算器的方法，完成表3。表3运算I8-I0SSTSSHSCiBA压START前压START后ALU输出CZVSALU输出CZVS*D1