实验三TEC2实验计算机运算器实验

1、word实 验 报 告实 验 人： 学 号：08386216 日 期：2022-5-17 院系： 专业班级：08软件工程数字媒体 实验题目：TEC-2实验计算机运算器实验 一. 实验目的1. 了解和掌握Am2901运算器的组成结构和工作原理；2. 认识和掌握TEC-2机运算器的组成和工作原理；3. 认识和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法；4. 认识和掌握运算器的进位时间的测试方法,及进一步掌握双踪示波器的使用方法。二. 实验原理Am2901运算器1. Am2901芯片内部组成结构Am2901芯片是一个4位的位片结构的运算器部件，是一个完整的运算器，由ALU、输入多路选择器、输

2、出选择门、存放器组和移位器等器件组成。其内部组成结构如以下图所示：图3.1 Am2901内部结构图2. Am2901芯片引脚信号芯片引脚如以下图3.2所示，引脚分类及说明如下：Am2901 F=0000 /G /P Y3Y0 Cn+4 CnF3 RAM0OVR Q0RAM3Q3 /OE A地址 B地址 D3D0 I8I0 CP图3.2 Am2901 芯片引脚D3D0：外部送给Am2901的数据信号；Y3Y0：Am2901向外送出的数据信号，它受/OE信号的控制。在TEC-2机中，/OE端已接地，因此，Y3Y0总是有的。3. Am2901的操作时序Am2901芯片要用一个CLKCP时钟信号作为芯

3、片内通用存放器、锁存器和Q存放器的打入信号。其有关规定如图3.3所示。通用存放器接收A、B口数据锁存A、B锁存器接收数据 ALU操作周期系统时钟 Q存放器接收图3.3 Am2901的时钟信号的作用4. Am2901芯片的控制信号及其控制码与操作w 控制信号Am2901芯片的控制信号有9个，即I8-I0。这9个控制信号分为三组，它们是：a) I8、I7、I6B30-28：选择运算结果或有关数据以何种方式送往何处；b) I5、I4、I3B26-24：选择ALU的运算功能，共8种；c) I2、I1、I0B22-20：选择送入ALU进行运算的两个操作数据R和S的来源，共8种组合具体参照表3.1表3.1

4、 Am2901 9个控制信号I8I0控制码I8、I7、I6I5、I4、I3I2、I1、I00 0 0FQFR + SAQ0 0 1无FS RAB0 1 0FBAR S0Q0 1 1FBFR S0B1 0 0F/2BQ/2QFR S0A1 0 1F/2BF/R SDA1 1 02FB2QQFR Å SDQ1 1 12FBFR SD0存放器结果选择Y输出选择运算功能选择RS注：R、S中的“0为逻辑0。图3.6 完整的16位运算器的组成框图w 伪指令中三位微码与状态位的关系表3.2三位微码与状态位的关系表SST编码状态位输入说 明B34 B33 B32CZVS0 0 0CZVS四个标志位的

5、值保持不变0 0 1CYF=0OVF15接收ALU的标志位输出值0 1 0IB7IB6IB5IB4恢复标志位现场值0 1 10ZVS置C为0，另三个标志不变1 0 01ZVS置C为1，另三个标志不变1 0 1RAM0ZVS右移操作，另三个标志不变1 1 0RAM15ZVS左移操作，另三个标志不变1 1 1Q0ZVS联合右移，另三个标志不变表3.3w 运算器最低位进位信号的给出与控制SCi编码B11、B1000011011Cin取值01CTCLK方波表3.4w 运算器最高位、最低位的移入信号SSH控制码SSH左 移右 移说 明B9 B8RAM0 Q0RAM15 Q150 00 X0 X通用存放器

6、逻辑位移0 1C XC X通用存放器与C循环移位1 0Q15 /F15CY RAM0原码除左移乘右移1 1X XF15OVR RAM0右移用于补码乘法说明：w 表中“X为任意值，表示取任意值都不受影响w 当通用存放器本身移位时，Q存放器不受影响w 乘除法运算要求通用存放器与Q存放器联合移位，没有Q存放器单独移位功能w 左右移是由指令功能确定的w SSH为0，用于逻辑移位指令w SSH为1，用于循环移位指令w SSH为2，用于乘除法运算的联合移位及上商w SSH为3，用于算术右移指令，或补码乘法计算三. 实验内容脱机和联机时运算器实验在脱机与联机两种方式下，可以用一些数据实现多种运算，以控制其操

7、作过程与功能检查所得结果的正确性。(一) 脱机方式1. 将TEC-2机功能开关FS4置为“1。2. 将TEC-2机主脉冲置为单步方式，即将STEP/CONT开关拨向STEP一边。3. 用D0+0R0将立即数D0A000H置入存放器R00000。具体的微型开关和数据开关按下表进行设置：波特率开关数据开关SW2共12位，最末三位未用SW1共12位MI876MI543MI210未用A口B口R0SCiSSHD15-D0011000111000000000000000A000H设置好各控制信号MI8-MI0，并设置好十六位数据开关为“A000H，即“1010 0000 0000 0000后，按压一次ST

8、EP键，将立即数D0置入存放器R0中。4. 用D1+0R1将立即数D14000H置入存放器R10001。具体的微型开关和数据开关按下表进行设置：波特率开关数据开关SW2共12位，最末三位未用SW1共12位MI876MI543MI210未用A口B口R1SCiSSHD15-D00110001110000000000100004000H用同样的方法将立即数D1置入存放器R1中。5. 对存放器R0、R1初始化后，便可对R0和R1进行各种算术、逻辑运算，此时R0保存的数据为D0A000H，R1保存的数据为D14000H。6. 将开关S2 S1 S0置于“110时，指示灯将显示ALU的运算结果；将开关S2

9、 S1 S0置于“000时，指示灯将显示SVZC的状态，对应TEC-2机上H25 = S，H26 = V，H27 = Z，H28 = C。7. 对R0和R1进行各种算术、逻辑运算，课参看表3.6(二) 联机方式 启动TEC-2机，进入监控程序状态：具体操作如下：1. 将TEC-2机的FS1FS4置为1010，STEP/CONT置成CONT。2. 翻开计算机电源开关，使计算机正常启动。翻开TEC-2电源开关，TEC-2大板左上角一排指示灯亮。3. 运行通讯程序PCEC，在DOS下命令提示按默认设置：选择1，N。联机后，进入联机状态，用A命令输入以下程序：(ENTER表示)>A800 ENT

10、ERMOV R0，A000 MOV R1，4000ADD R0, R1 SUB R0，R1 OR R0，R1 AND R0，R1 XOR RO, R1 ADC R0, R1 SHL RO INC RO RET4. 用“G命令运行程序在命令行提示符状态下输入：> G800执行上面输入的程序5. 用“R命令观察运行结果及状态在命令行提示符状态下输入:>R观察运行结果及状态屏幕将显示：R0=8001 R1=40006. 用“T或“P命令单步执行在命令行提示符状态下输入：>T或>P执行之后，观察运行结果及状态四. 实验器材1. TEC-2机一台，电脑一台2. TEC-2模拟软件

11、一套3. 示波器一台实验中没有用到五. 实验分析与设计1. 脱机实验接实验内容前面的步骤设置好R0和R1的值后，对R0和R1进行各种算术、逻辑运算。根据表3.1 Am2901 9个控制信号I8I0的信息，可以得到下面各种算术、逻辑运算的操作。将开关S2 S1 S0置于“110时，指示灯将显示ALU的运算结果；将开关S2 S1 S0置于“000时，指示灯将显示SVZC的状态，对应TEC-2机上H25 = S，H26 = V，H27 = Z，H28 = C。记录运算结果如下表3.6：ü R0+R1R0：首先选择送入ALU进行运算的两个操作数据R和S的来源，操作数两个分别对应A、B，因此I

12、2I1I0为001；由于进行的是加法运算，即R+S，对应I5I4I3为000；运算结果或有关数据是R0+R1运算后，又送往R0，即对应FB，微码为011。而由于A口地址是单端操作，B口支持双端，所以将R1放在A口，R0放于B口，对应微码分别为0001和0000。这些微码确定之后，即可得到运算结果，按STEP之后，保存运算结果和状态标志位信息。同理，可以设置其它算术、逻辑运算的微码。操作同上。需要注意的是SCi的设置。表3.6功 能MI86MI53MI20A口B口按压 STEP 前按压 STEP 后ALU输出SVZCALU输出SVZCR0+R1R001100000100010000E000H00

13、002000H1000R0+0R001100001100000000E000H1000E000H1000R0-R1R001100100100010000A000H1000A000H1000R0+0R001100001100000000A000H1000A000H1000R0R1R001101100100010000E000H1000E000H1000R0+0R001100001100000000E000H1000E000H1000R0R1R0011100001000100004000H10004000H0000R0+0R0011000011000000004000H00004000H0000R

14、0R1R0011110001000100000000H00004000H0010R0+0R0011000011000000000000H00100000H0010R0+R1+CR0011000001000100004000H00108000H0000R0+0R00110000110000004000H00004000H0000R0*2R0 111000011000000004000H00008000H0000R0+0R0011000011000000008000H00008000H1000R0+1R0011000011000000008001H10008002H1000R0+0R0011000

15、011000000008001H10008001H1000SCi的设置：R0+R1+CR0，SCi= 10 ; R0+1R0，SCi= 01; 其余SCi= 002. 联机实验启动TEC-2机，进入监控程序状态：具体操作如下将TEC-2机的FS1FS4置为1010，STEP/CONT置成CONT。翻开计算机电源开关，使计算机正常启动。翻开TEC-2电源开关，TEC-2大板左上角一排指示灯亮。运行通讯程序PCEC，在DOS下命令提示按默认设置：选择1，N。联机后，进入联机状态，用A命令输入实验内容中的程序。用G命令运行程序在命令提示符下输入： G800，执行上面输入的程序。用R命令观察运行结果及

16、状态并作记录。用T或P命令单步执行，用R命令观看结果及状态。在命令提示符下输入：T 或P，观察运行结果及状态。得到运行结果如下：六. 思考题1) 在脱机方式下进行运算器实验时，在按STEP键之前和按STEP键之后，ALU的输出结果及状态SVZC有何不同，为什么？根据Am2901运算器的组成结构及其工作原理加以说明。在脱机方式下，当设置好相应的微码和A、B口地址后，立即得到ALU的输出结果以及标志位SVZC的值可以通过指示灯显示，但此并没有将结果保存在标志存放器里按STEP前。当按STEP之后，在脉冲的作用下，将本次第一次的运算结果保存在存放器里，A、B锁存，不再接受此后的运算结果和数据，除非再

17、来一个脉冲。而此时ALU的输出结果那么为运算器再做一次运算的结果，这时SVZC所显示的值那么为上一步标志位存放器的值。根据Am2901运算器的组成原理结构可知，ALU是一个组合逻辑电路，当设置好A、B相应的值之后，相应的数据便会立即被传送到ALU中进行运算，并且显示出对应的运算结果，此时结果被保存在存放器里面。按下STEP之后，在脉冲的作用下，上一步的运算结果也会被保存在存放器里面，但控制码和地址没有改变，所以上一步的运算结果会重新被送到ALU中进行运算，此时ALU的结果为上一步运算结果再进行一次运算的数据。SVZC存储在状态标志存放器中，其值的改变需要有脉冲信号的作用才能发生，所以在按STE

18、P之前，SVZC的值不变；按下STEP之后，SVZC显示的值才是上一步标志位的状态值。2) 写出实现以下功能操作微码：按下表形式书写A. (R0+R10)Q R0Q，联合左移。B. D B B，其中D为数据，B为B口存放器。C. 0 R0，要求不要用立即数传送实现。功能操作MI876MI543MI210A口地址B口地址A(R10+R0)Q R0Q联合左移11000000110100000功能操作MI876MI543MI210A口地址B口地址BD B B0+BQ 0000000110000BD-QB0110101100000BC0 R0R0-R0R001101000100000000R0-R0R001100100100000000R0R0R001110001100000000R0R0R001110010000000000R0R0R001111000100000000Q0R