计算机组成原理实验报告(2)

实验二 运算器实验（二）

1、实验目的

①深入了解AM2901运算器的功能及具体用法。 ②深化运算器部件的组成、设计、控制与使用知识。

③能够熟练掌握对运算器所需控制信号的设置，并使之完成运算。 ④能够独立地成功完成所给指令在运算器中的运算实验。

2、实验要求

①实验前，认真了解AM2901运算器的基本结构，预习所需实验的内容，并

在课前填写实验步骤表格，对于实验数据和实验结果进行预期性的分析，以提高实验效率。

②实验过程中，要按照正确的流程操作，防止损坏设备，分析可能遇到的各

种现象，判断结果是否正确，并记录运算结果。

③实验之后，要认真填写实验报告，包括对对到的各种现象的分析，实验步

骤和实验结果。

3、实验原理

（1）运算器数据通路

TEC-XP教学机的运算器主要采用4片AM2901芯片级联组成；每片AM2901芯片实现4位运算，4片芯片级联成16位的运算器。

AM2901芯片组成包括：1个4位的算术逻辑运算单元ALU、16个4位的通用寄存器、一个4位的乘商寄存器Q和若干个多路选择开关。

①算术逻辑运算单元ALU

ALU有两个数据输入端R和S。在RS的各种组合中除去没有意思的和重复的，只有8种有效组合。ALU可完成连个操作数的加、减、与、或、异或等多种操作。ALU的输出结果可保存到通用寄存器、乘商寄存器Q，并且可将其值乘除2之后在保存。ALU根据其运算的结果会产生4个标志位——符号标志位F3、零标志位F=0、溢出标志位OVR和进位标志位Cn+4。

②通用寄存器组

AM2901中的通用寄存器组是由16个寄存器构成，具有双端口读写电路。可以通过A口、B口输入的地址（4位地址）选择寄存器，将其值送入A、B锁存器。其中A口地址指定的寄存器是只读的，B口地址指定的寄存器是可读写的。

A和B锁存器可作为ALU的输入数据，ALU输出的结果值也可以保存到B口指定的寄存器中，而且在写寄存器时，可以通过通用寄存器组入口的三选一多路开关，选择写入ALU结果值，或其左移（乘2）、右移（除2）之后的结果。 ③乘商寄存器

乘商寄存器是Q是为配合ALU的乘除运算二设置的。该寄存器输入端有三选一多路开关，可选择ALU输出结果、或乘商寄存器Q本身的内容作为其输入数据，同时还可以将这两个输入值左移、右移之后在送入Q中。

④最低进位信号Cin

AM2901的基本运算是加法电路，其减法功能的实现是通过对减数求补而完成的。因此，在ALU运算时，应使用SCI控制位设置最低进位信号Cin的状态。

（二）AM2901的级联结构

一片4位的AM2901芯片的引脚信号如运算器实验一图中所示。其中A3~A0、B3~B0用于输入选中的通用寄存器地址；I8~I0用于运算过程的控制信号；D3~D0用于输入外部数据；Y3~Y0用于输出运算的结果；CP为时钟信号；/OE为选通信号；RAM3、RAM0为运算结果左右移动时的移出位；Q3、Q0为乘商寄存器Q左右移时的移出位；Cy、F=0、Over、F3分别为进位标志位、零标志位、溢出标志位、符号标志位；Cin为外部输入的最低进位。

注：TEC-XP教学机的16位运算器是采用4片AM2901芯片级联而成的，各芯片之间采用串行进位方式，具体连接图在此并未给出。

（三）AM2901时钟信号的作用

在AM2901的每个ALU操作周期内，ALU各部件的执行时间是不同的。在时钟脉冲为高电平时，从寄存器组读出的数据可穿过锁存器直接传送到ALU的数据输入端，在下降沿时，A、B口数据锁存，在时钟脉冲为低电平时，通用寄

存器接收运算器的输出结果，上升沿时，Q寄存器接受数据。

（四）实验控制信号开关说明

该实验是在完全脱机的方式下完成的。实验过程中，使用实验箱面板下方标有micro switch 1和micro switch 2的两个红色开关，设置24位的运算控制信号。运算完成后，通过实验箱面板中间位置的发光二极管观察运算结果。实验过程中可能会用到外部输入数据，则可通过实验箱面板右下方的16个黑色数据开关设置。控制信号顺序如下图所示：

Micro switch 1 I8~I6 I5~I3 I2~I0 SST

Micro switch开关信号顺序图

Micro switch 2 SSH SCI B Port A Port （五）指令举例

指令1：ADD R0，R1 分析：

①该指令是加法运算指令，因此，ALU的运算类型应选择算术加：I5~I3取值

为000。

②两个操作数都是通用寄存器，故，ALU的数据来源应选择A、B。I2~I0取

值为001，且A口地址为0001，B口地址为0000，I8~I6取值为011（将ALU的输出保存至B口指定的寄存器）

③其余信号：SST——001（按照运算结果设置标志位，加法指令正常影响标

志位），SSH——00（不移位），Sci——（Cin=0）。

4、实验步骤

①首先，将TEC-XP教学机左下方的5个功能开关设置为1**00（单步、16

位、脱机）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。

②完成初始化后，根据所给定的指令，按顺序控制运算器执行每条指令，每

条指令执行时请记录按START前和按START后两个时刻的状态。

③预习AM2901运算器原理，按步骤完成实验后，填写的实验表格如下：

运算 I8-0 SST SSH SCI B A 按START前 ALU输出 SVZC 1111 1111 1111 1111 1000 按START后 ALU输出 0101 1010 0110 E0E1 2130 SVZC 1111 1111 1111 1000 0000 ＭＶＲＤ Ｒ０，０１０１ ＭＶＲＤ Ｒ１，１０１０ MVRD R2,0110 ＳＵＢ Ｒ０，Ｒ１ ADD Ｒ2，Ｒ1 011000111 011000111 011000111 011001001 011000001 000 000 000 001 001 00 00 00 00 00 00 00 00 01 00 0000 0001 0010 0000 0010 0000 0000 0000 0001 0001 0101 1010 0110 F0F1 1120

5、实验结果及总结

在实验中，需要注意的是操作符的控制及输入输出的控制思想，通过实验要求，对此次运算器做了相关的设计，并成功完成了相关的实验操作，这次实验，使我可以更清楚的了解计算机的数据存储和数据的运算，由于上次实验的经验，在这次实验中，并未遇到问题，很顺利地完成了实验。实验中，需要注意的是，要将教学机左下方的5个功能开关设置为1**00，要注意按‘RESET’和‘START’键，进行初始化。

实验三 存储器实验

1、 实验目的

①了解计算机中半导体存储器RAM和EPROM和EPROM的功能和区别。 ②掌握存储器字扩展、位扩展的方法。

③理解并掌握半导体存储器芯片的扩展和验证方式。 ④能够进一步深入的了解及熟悉所做的实验内容。

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2、 实验要求

①在开始实验前，应该先复习存储器字扩展、位扩展的方法。

②在实验过程中，应该小心使用TEC-XP教学机，避免造成不必要的损坏。 ③能够熟练的完成本次实验内容。

3、 实验原理

TEC-XP教学机的存储系统中，2000H~27FFH的2K空间是由6116RAM芯片构成的。随机存储器的读写特性是：在不断电的情况下，CPU可以对该存储器的任何单眼进行随机读写操作，其中内容可以长期保存，但该存储器是易失性存储器，一旦断电，其中的数据均被清空。

本次实验要在监控状态下，分别使用不同的监控命令对该RAM存储芯片的读写特性进行验证。由于是 …… 此处隐藏：1880字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……