《计算机组成原理》运算器实验报告

一.实验目的和要求(1)了解运算符构造结构。(2)掌握操作符的工作原理。二.实验模块和实验原理这个实验的原理如图1-1-1所示。运算符内部包括算术、逻辑和移位运算部件；要处理的数据保存在寄存器a和寄存器b中的三个单独运算部件；所有三个部件都接受a和b的数据的部件(在某些处理器体系结构中，在算术和逻辑运算部件(如ARM)之前放置移位运算单元)；控制信号S3.操作对象通过s0和CN的工作方式，在任何时候，多路复用交换机都只选择三个部件之一的结果作为ALU的输出。对于影响舍入的操作，放置舍入标志FC，并在输出计算结果之前设置ALU 0标志。ALU中的所有模块都集成到一个CPLD中。逻辑运算零件由逻辑闸门组成，更简单，但后面是特殊的算术运算零件设计实验。此处不再讨论这两个部件。移位运算通常使用通过交叉开关矩阵实现的桶位移器，如图1-1-2所示。图中显示了4X4的矩阵(系统上8X8的矩阵)。每个输入通过开关与一个输出连接，沿对角线通过开关传递，从而实现以下移位功能。(1)对于逻辑左移或逻辑右移功能，将所有输入位与使用的输出分开连接，并将0与未连接任何输入的输出连接到对角线开关。(2)对于循环右移位功能，右移位对角线与互补的左对角线一起激活。例如，右环路1位在4位矩阵中使用“右1”和“左3”对角线实现。(3)对于未连接的输出位，移动时使用该命令控制的符号扩展或零填充。使用不同的逻辑确定总移位解码和符号。运算符组件由CPLD实现。ALU的输入和输出通过三状态门74LS245连接到CPU内部总线，led显示进位标志FC和0标志FZ。请注意：实验箱有马蹄形标记，表示两针之间连接。除T4和CLR之外，其馀信号来自ALU单元的带状电缆基，实验框中所有单元的T1、T2、T3和T4连接到控制总线单元的T1、T2、T3和T4，CLR连接到CON单元的CLR按钮。T4由定时单元的TS4(有关定时单元的介绍，请参见附录2)提供，剩下的控制信号由CON单元的二进制数据交换机模拟提供。在控制信号中，除了T4是脉冲信号以外，其他是电平信号。其中ALU_B处于低有效状态，其他处于高有效状态。寄存器a和寄存器b中的数据可以实时地显示在LED灯上，如图1-1-3所示(例如，A0等)。进位旗标FC、零旗标FZ和资料汇流排D7.d0的显示原理也是一样的。图1-1-4中显示了ALU与周围电路的连接，图中的小框表示销子座。运算器的逻辑菜单如表1-1-1所示。其中S3 S2 S1 S0 CN是控制信号，FC是舍入标志，FZ是运算符0标志，FC，FZ表示表菜单栏中的当前操作影响该标志。三.实验阶段和结果(1)按图1-1-5连接实验电路，确保没有错误。在图中，将用户需要连接的信号显示为圆形(与其他实验相同)。(2)将定时和控制台单元交换机kk2设置为“单镜头”文件，将交换机kkk1、kk13设置为“可执行”文件。(3)打开电源开关，听到“tick(十字叉)”蜂鸣音，表示存在总线竞争现象，应立即关闭电源并重新检查连接直线，直到排除错误。然后按CON单元上的CLR按钮，将运算符a、b和FC、FZ整理为0。(4)使用输入开关在寄存器a中设置数字。 CON单元的sd27.操作sd20数据开关以形成二进制编号0110001(或其他值)时，数据显示为“1”，关闭。如果设置LDA=1，LDB=0，并按下连续计时单元的ST按钮沿T4移动，则二进制0110001将置于寄存器a中，寄存器a的值为ALU单元的a7.A0通过8位LED灯显示。(5)使用输入开关在寄存器b中设置数字。 CON单元的sd27.拨号sd20数据开关以形成二进制1010011(或其他值)。 LDA=0，LDB=1，按连续时间单位的ST按钮生成，将二进制1010011放置在寄存器b中，寄存器b的值为ALU单位的B7.B0通过8位LED灯显示。(6)更改评价器的功能设置，观察评价器的输出。设置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0，然后按表1-1-1设置S3、S2、S1、S0和Cn的值，数据总线LED将显示灯的显示结果。将S3、S2、S1、S0设置为0010，将运算符用作逻辑和运算，将S3、S2、S1、S0设置为1001，将运算符用作加法。如果实验箱和PC在线工作，则可以通过软件的数据路径图观察实验结果，如图1-1-6所示。打开软件，选择联机软件的实验结果。上述手动操作与每次按下ST按钮时，数据通道图形将包含数据流并反映当前运算符执行的操作，或者软件选择“调试”-“单位”将时间单位状态开关kkk2设置为单位文件，然后按下ST按钮一次时，数据通道图形将反映当前运算符执行的操作相同。重复上述操作，然后完成表1-1-2。然后更改a、b的值，以查看FC、FZ的锁定功能。表1-1-2计算结果表计算类型A B S3S2S1S0 CN结果65 a7 0 x f=(65)fc=(0)FZ=(0)65 a7 0 0 1 x f=(a7) fc=(0) FZ=(0)逻辑运算0 0 1 0 X F=(25)FC=(0)FZ=(0)0 0 0 1 x f=(E7) fc=(0) FZ=(0)0 1 0 x f=(9a) fc=(0) FZ=(0)0 1 0 1 X F=(CA)FC=(0)FZ=(0)0 1 0 f=(32) fc=(0) FZ=(0)移位运算1 F=(B2)FC=(1)FZ=(0)0 1 1 0 F=(CA)FC=(0)FZ=(0)1 F=(CA)FC=(0)FZ=(0)1 0 0 x f=(65) fc=(0) FZ=(0)1 0 0 1 X F=(0C)FC=(1)FZ=(0)1 0 1 0(FC=0)X F=(0D)FC=(1)FZ=(0)算术运算1 0 1 0(FC=1)X F=(0D)FC=(1)FZ=(0)1 0 1 X F=