实验1：脱机运算器实验(实验介绍版).doc

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1、实验一脱机运算器实验一、实验目的1、深入了解位片结构运算器AM2901的功能与用法；2、学习4片AM2901组成一个16位运算器的级连方式，深化运算器部件的组成、设计、控制和使用等方面的知识。二、实验原理运算器是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。基本操作包括加、减、乘、除四则算术运算，与、或、非、异或等逻辑运算，以及传送、移位、比较等操作。运算器的组成除了ALU单元外，还包括必要的寄存器和移位器等部件。寄存器用于存放操作数和运算结果，以节省访问存储器的时间；移位器实现数据的移位功能，以扩展ALU的运算功能，增加数据传送的灵活性。AM2901是一个4位运算器，主要由ALU、

2、输入多路选择器、输出选择器、寄存器组和移位器等组成，如图1-1所示。二选一ALUF=0000Cn+4OVRF3二选一三选一A锁存器B锁存器AB16个通用寄存器组B三选一44三选一Q寄存器Q3Q0RAM0RAM3输出Y4A口地址B口地址数据D4I6I7I8I3I4I5I0I1I2OECnFRS图1-1AM2901芯片的内部组成结构1）算术逻辑ALUALU为4位算术逻辑单元，共有8种运算功能，由输入端I5I4I3的编码值决定执行哪一种功能。2）通用寄存器组AM2901内部有一个通用寄存器组，共有16个4位的寄存器。寄存器组有A和B两个端口，其中端口A只有读出数据功能，端口B具有读出

3、和写入两种功能。即数据可以从A口和B口输出，但只能从B口输入。3）Q寄存器Q寄存器为4位，在乘除运算中可用来存放乘数或商，故又称为乘商寄存器。Q寄存器本身具有移位功能，可对数据进行左移一位或右移一位的处理。4）ALU输入多路选择器AM2901具有两个输入多路选择器R和S，为ALU提供两个操作数。R可选择来自数据线的数据D（来自外部）或寄存器组端口A的数据；S可从寄存器组端口A、B和Q寄存器3个来源选取数据。两个操作数的组合由控制信号I2I1I0的编码确定。5）移位器4位，用于对ALU的输出实现直送、左移或右移处理。6）输出选择器选择AM2901输出数据Y的来源。输出数据Y有两个来

4、源：一个是ALU的运算结果F，另一个是直接来自寄存器组端口A。输出Y的选择，以及ALU的运算结果F如何传送给寄存器组端口B的输入或Q寄存器，由控制信号I8I7I6的编码值确定。表1-1选择8种运算表1-2选择ALU的8种输入数据组合表1-3选择运算器的8种结果的处置方案I5I4I3运算类型I2I1I0R来源S来源I8I7I6寄存器组Q寄存器Y输出000001010011100101110111R＋SS－RR－SR∨SR∧SR∧SR⊕SR⊕S000001010011100101110111AQAB0[1]Q0B0AD[2]ADQD0000001010011100101110111F

5、→BF→BF/2→BF/2→B2F→B2F→BF→QQ/2→QQ/2→QFFAFFFFF注：[1]0表示数值恒为0；[2]D表示外部数据。7）Am2901需要用一个CLK（CP）时钟信号作为内部通用寄存器、锁存器和Q寄存器的打入（锁存）信号，如图1-2所示。CLK为高电平时A、B锁存器即输入端的数据直通输出端，CLK的下降沿将输入端的数据锁存。CLK为低电平时通用寄存器从B口接收数据，CLK的上升沿将输入端的数据锁存，Q寄存器接收数据的情况与通用寄存器组相同。ALU操作周期系统时钟寄存器锁存寄存器接收A、B口锁存图1-2Am2901时钟CLK信号作用图三、实验内容与步骤1、实验说

6、明脱机运算器实验，是指把运算器部件完全脱离与计算机主机及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实验。此时，只能通过微型拨动开关和按键控制运算器完成指定的运算功能，并通过信号指示灯观察运算结果。除I8～I0的9个拨动开关之外，其余的拨动开关功能和作用如下：1）A口、B口地址（各4位）：输入从A口、B口对内部寄存器组的寄存器进行读、写操作的地址。2）SCI（2位）：选择最低位进位输入信号C0的形成，可取0、1，也可取进位标志C的值（用于带进位的加、减运算）。3）SSH（2位）：选择移位器左移、右移操作时最高位或最低位的移入信号。4）SST（3位）：选择运算器的操作结果

7、对状态标志寄存器的影响，即选择操作结果将对状态寄存器的标志有什么影响。2、实验内容在脱机环境下，以手工方式，通过拨动开关向运算器提供运算操作所需的控制信号和数据，完成运算器的运算操作。3、实验步骤1）打开电源开关后，将教学机左下方的5个拨动开关置为1XX00（单步、16位、脱机方式）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”键（每按一下“START”键，时钟电路发出一个负脉冲），进行初始化。2）将SST设置为“001”，通过拨动开关向运算器提供控制信号。3）按下表所列的