计算机组成原理实验报告

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1、计算机组成原理实验报告实验一基本运算器实验一、实验目的1.了解运算器的组成结构2.掌握运算器的工作原理3.深刻理解运算器的控制信号二、实验设备PC机一台、TD-CMA实验系统一套三、实验原理1.(思考题)运算器的组成包括算数逻辑运算单元ALU（ArithmeticandLogicUnit）、浮点运算单元FPU（FloatingPointUnit）、通用寄存器组、专用寄存器组。①算术逻辑运算单元ALU（ArithmeticandLogicUnit）ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非异或）以及移位操作。在某些CPU中还有专门用于处理移位操作

2、的移位器。通常ALU由两个输入端和一个输出端。整数单元有时也称为IEU（IntegerExecutionUnit）。我们通常所说的“CPU是XX位的”就是指ALU所能处理的数据的位数。②浮点运算单元FPU（FloatingPointUnit）FPU主要负责浮点运算和高精度整数运算。有些FPU还具有向量运算的功能，另外一些则有专门的向量处理单元。③通用寄存器组通用寄存器组是一组最快的存储器，用来保存参加运算的操作数和中间结果。④专用寄存器专用寄存器通常是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由CPU自己控制，表明某种状态。而运算器内部有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运

3、算部件，逻辑运算部件由逻辑门构成，而后面又有专门的算术运算部件设计实验。下图为运算器内部原理构造图1.运算器的控制信号实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。T4由时序单元的TS4提供（脉冲信号），其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。下图为ALU和外围电路的连接。图中的小方框代表排针座。在运算器的工作过程中，S3S2S1S0和CN为控制信号，FC为进位标志，FZ为运算器零标志。运算器的逻辑

4、功能见下表，表中功能栏的FC、FZ表示当前运算会影响到该标志。（思考题）运算器功能的选择：如图在表中，可以通过调整S3S2S1S0和CN的值来改变运算类型，功能如上图所示，不同的S3S2S1S0和CN的值对应不同的运算类型和结果。CON单元的数据开关控制数据的形成。（思考题）运算器的数据通路：以下为数据通路图（思考题）运算器的各组成部件的控制信号的作用:LDA和LDB控制存入数据的位置（具体运行方式如上图所示）SD27到SD20通过开和关两个状态控制输入数据而S3S2S1S0和Cn控制运算的类型（Cn只用于移位运算）四、实验内容(1)按图1-1-5连接实验电路，并检查无误

5、。图中将用户需要连接的信号用圆圈标明（其它实验相同）。图1-1-5实验接线图(2)将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单拍’档,开关KK1、KK3置为‘运行’档。(3)打开电源开关，如果听到有‘嘀’报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。然后按动CON单元的CLR按钮，将运算器的A、B和FC、FZ清零。(4)用输入开关向暂存器A置数。①拨动CON单元的SD27…SD20数据开关，形成二进制数01100101（或其它数值），数据显示亮为‘1’，灭为‘0’。②置LDA=1，LDB=0，连续按动时序单元的ST按钮，产生一个T4上沿，则将二进制数0

6、1100101置入暂存器A中，暂存器A的值通过ALU单元的A7…A0八位LED灯显示。(5)用输入开关向暂存器B置数。①拨动CON单元的SD27…SD20数据开关，形成二进制数10100111（或其它数值）。②置LDA=0，LDB=1，连续按动时序单元的ST按钮，产生一个T4上沿，则将二进制数10100111置入暂存器B中，暂存器B的值通过ALU单元的B7…B0八位LED灯显示。(6)改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0，然后按表1-1-1置S3、S2、S1、S0和Cn的数值，并观察数据总线LED显示灯显示的结果。如置S3、S2

7、、S1、S0为0010，运算器作逻辑与运算，置S3、S2、S1、S0为1001，运算器作加法运算。如果实验箱和PC联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果（软件使用说明请看附录一），方法是：打开软件，选择联机软件的“【实验】—【运算器实验】”，打开运算器实验的数据通路图，如图1-1-6所示。进行上面的手动操作，每按动一次ST按钮，数据通路图会有数据的流动，反映当前运算器所做的操作，或在软件中选择“【调试】—【单节拍】”，其作用相当于将时序单元的状态开关KK2置为‘单拍’档后按动了一次ST按钮，数据通路图也会反映当前运