实验1 运算器实验

实验一

运算器实验主讲人：秦勉01二月20232实验目的深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。01二月20233运算器Am2901组成算逻运算器ALU寄存器组R0—R15乘商寄存器Q5组多路选择器功能8种运算类型8种数据组合方式8种结果处理01二月20234Am2901运算器ALUSRCnFF3F=0000OVRCn+4符号位S结果为零Z结果溢出V进位输出C每片Am2901为4位的；4片Am2901级联构成16位运算器；输出——运算结果F、标志位SZVC；输入——R、S、最低位的进位信号CnRS的数据来源由多路开关可选，共8种组合状态；共完成8种运算功能；3种算术运算（加减等）和5种逻辑运算（与或异或等）；01二月20235Am2901的输入控制8种数据组合——由I0~I2提供数据来源选择输入ALU的两个操作数R和S的组合关系I2I1I0数据来源RS000AQ001AB0100Q0110B1000A101DA110DQ111D0I5I4I3功能000R+S001S-R010R-S011R∨S100R∧S101R∧S110R⊕S111R⊕S01二月202368种运算功能——由I3~I5提供功能编号三种算术运算，5种逻辑运算Am2901的运算类型控制01二月20237通用寄存器组16个通用寄存器；双端口（A口，B口）控制读出，单端口（B口）控制写入；读出数据将送到A、B锁存器；写入数据由多路选择器控制；例如，指令MVRRR0,R1A口地址应为0001；

B口地址应为0000；A口读出数据还可作为该芯片的可选输出数据之一；——4位地址

B锁存器A锁存器A口地址B口地址（写入）16个通用寄存器01二月20238乘商寄存器Q乘商寄存器Q主要用于实现硬件的乘法、除法指令；乘商寄存器Q具有左右移位的功能；左移时，高位移入Q3，右移时，低位移入Q0；乘商寄存器Q的输出可以送往ALU的S输入端，并可接收ALU的输出结果。01二月202395组多路选择器ALU输入端R、S的数据来源选择器R端为二选一选择器，可选锁存器A和数据线D；S端为三选一选择器，可选锁存器A、B和乘商寄存器Q；ALU运算结果的存储选择器三选一选择器；选择把ALU的运算结果本身，还是乘/除2之后的值保存；Q寄存器取值选择器三选一选择器；选择将Q寄存器的左/右移一位、或接收ALU输出值；运算结果输出选择器二选一选择器；选择把ALU结果或A口数据送出；01二月2023108种结果处理——由I6~I8提供结果处理情况通用寄存器是否接收运算结果，及运算结果类型；Q寄存器的值是否发生变化；运算器向外输出什么样的内容；I8I7I6结果处理寄存器组Q寄存器Y输出000－FQF001－－F010FB－A011FB－F100F/2BQ/2QF101F/2B－F1102FB2QQF1112FB－FALU运算结果的传送控制01二月202311Am2901的引脚及输入输出信号01二月2023124片Am2901芯片之外的线路设计（1/3）4个标志位信号的接收与记忆电路由C、Z、V、S共4个触发器构成的标志寄存器，有三位编码SST2~SST0对其进行选择SSTCZVS说明000CZVS状态位保持不变001CYF=0OVRF15接收ALU标志位输出的值010IB7IB6IB5IB4恢复标志位原来的现场值0110ZVSC置01001ZVSC置1101RAM0ZVS右移（移出时）110RAM15ZVS左移（移出时）111Q0ZVS联合右移（硬件乘法指令）01二月2023134片Am2901芯片之外的线路设计（2/3）最低位Cin的形成对于Cin可取值为0、1或进位标志C的值（带进位的双精度加减法运算）；由SCI码加以区分：SCICin

说明000

ADD、DEC011

INC、SUB10C

ADC、SBB01二月202314最高、最低的移位输入信号设计最高位的移位入出信号为RAM15和Q15最低位的移位入出信号为RAM0和Q0SSH左移右移说明RAM0Q0RAM15Q15000X0X补0（逻辑左右移）01CXCX带进位移（循环移位）10Q15F15CYRAM0带Q同时移位（乘除时）11XXF15RAM0补码右移4片Am2901芯片之外的线路设计（3/3）01二月202315本次实验说明脱机方式实验仅使用实验箱上的运算器完成的实验。输入来源16位数据开关，提供参加运算的数据；左边标有SWH的是高8位，右边标有SWL的是低8位；两个12位微型开关，提供运算器运行所必需的控制信号；标有microswitch1和microswitch2输出显示通过指示灯观察运算结果。Microswitch1Microswitch2I8-I6I5-I3I2-I0SSTSSHSCIBPortAPort01二月202316实验步骤将教学机左下方的5个功能拨动开关置为1XX00单步、16位、脱机；先按“RESET”按键，再按“START”按键，进行初始化；按实验表中所列的操作数在机器上进行运算器脱机实验，将结果填入表中；运算I8~0SSTSSHSCIBA按START前按START后ALU输出SVZCALU输出SVZCMVRDR0,0101

01二月202317置数举例MVRDR0,0101分析数据要写入到R0寄存器，所以选择B口；又因为0101H→R0可以看做0101H+0→R0，故I2I1I0取值为111，I5I4I3取值为000，I8I7I6取值为011；最后置数取值：A口地址：XXXXB口地址：0000I8I7I6I5I4I3I2I1I0：011000111SST:000SSH:00Sci:0001二月202318置数举例ADDR0,R1置数结果A口：0001B口：0000I8I7I6：011I5I4I3：000I2I1I0：001SST:001SSH:00Sci:00SUBR0,R1置数结果A口：0001B口：0000I8I7I6：011I5I4I3：001I2I1I0：001SST:001S