實驗二運算器實驗

1、南京工程學院計算機工程學院計算機組成與結構實驗報告書實驗學生班級 K網(wǎng)絡工程121實驗學生姓名 王云峰 學 號 240121525 實 驗 地 點 信息樓A115 實驗二 運算器實驗同組同學 李翔240121515（合作小組朱賽杰240121533）實驗日期 11月27日實驗儀器號 TEC-XP+14S022 一、 實驗目的1 加深對Am2901運算器內部組成的了解, 掌握四片Am2901芯片間的連接關系, 以及它與有關外部邏輯電路的連接關系。2 準確把握該運算器的控制與使用, 即掌握其運算與操作功能, 以及正確地為其提供全部控制信號及有關數(shù)據(jù)的手段與技術。3 初步了解運算器在計算機整機中的作

2、用。二、 實驗內容1 脫機方式下運算器的控制及運行設計控制信號序列，在脫機方式實現(xiàn)給定程序段的功能。記錄按壓START前后的ALU的運算結果和狀態(tài)標志。2 聯(lián)機方式下運算器的控制及運行在聯(lián)機方式下，匯編并單步執(zhí)行給定程序段，查看并記錄每條指令執(zhí)行后的運行結果。使用指令的單步驟執(zhí)行方式，觀察與運算器相關的控制信號的狀態(tài)。三、實驗步驟與結果脫機的運算器實驗，在教學實驗中實現(xiàn)如下7項操作功能：預期功能實現(xiàn)方案R0 1234 數(shù)據(jù)開關撥1234，B地址給0，D+0，結果送B口選的R0R9 789F 數(shù)據(jù)開關撥789F，B地址給9，D+0，結果送B口選的R9R9 R9-R0 B地址9，A地址給0，最低位

3、進位給1，B-A，結果送B口選的R9R0 R0+1 B地址給0，最低位進位給1，B+0，結果送B口選的R0R10R0 B地址給A，A地址給0，A+0，結果送B口選的R10邏輯右移 在有了預期功能和實現(xiàn)方案之后，要解決的具體問題，就是依據(jù)教學計算機的簡明操作卡中的有關表格中規(guī)定的內容，找出實現(xiàn)每一操作功能要用到的控制碼。請把表2-3中各組控制信號的正確的取值填寫在相應位置，然后把運行結果的狀態(tài)信息填入表2-4。 表 2-3運算器的功能與所用到的控制信號預期功能 控制信號I2-I0I8-I6I5-I3BASSTSSH SCLRO123411101100000000000000000R9789F11

4、101100010010000000000R9R9-R000101100110010000001001R0R0+101101100000000000001001R10R010001100010100000000000邏輯右移00110110010011001101100表2-4 運算器的運行結果狀態(tài)信息功能按START之前Y15-Y0CZVSCYRO1234123400000R9789F789F00000R9R9-R0666B10001R0R0+1123400000R10R0123500000邏輯右移666B10000表2-4 運算器的運行結果狀態(tài)信息功能按START之后Y15-Y0CZVSC

5、YRO1234123400000R9789F789F00000R9R9-R0543610000R0R0+1123500000R10R0123500000邏輯右移333510001思考題：執(zhí)行R0+1時，為什么輸出Y15-Y0為1234，而不是1235？左右移位時，是通用寄存器本身移位，還是它與Q寄存器聯(lián)合移位是怎么區(qū)分的？最高、最低位的移位輸入信號是怎么給出的？C在移位中有什么作用？聯(lián)機的運算器實驗，改用教學計算機的指令實現(xiàn)上述脫機運算器實驗完成的功能。需要指出的是不能在教學機的已有指令中實現(xiàn)QR9 的處理功能，因為運算器內部的乘商寄存器Q屬于匯編程序員是不能訪問的專用寄存器，只需完成剩余的其

6、他6項功能即可。例如可以用A命令建立該程序，操作步驟如下。A 20002000: MVRD R0, 12342002: MVRD R9, 789F2004: SUB R9, R02005: INC R02006: MVRR R10,R02007: SHR R92008: RET可以用G命令運行這個程序，查看程序的最終運行結果為：R0的內容為1235，R9的內容為3335，R10的內容為1235。也可以用T命令在單指令方式下運行這個程序，查看程序的每個語句執(zhí)行后的運行結果為：第1條指令執(zhí)行后，R0 的內容為1234；第2條指令執(zhí)行后，R9 的內容為789F；第3條指令執(zhí)行后，R9 的內容為666

7、B；第4條指令執(zhí)行后，R0 的內容為1235；第5條指令執(zhí)行后，R10的內容為1235；第6條指令執(zhí)行后，R10的內容為3335，并且標志位C的值為1；這個程序的最后一個語句用于結束程序的運行過程，使教學計算機返回監(jiān)控狀態(tài)。 也可以用指令的單步驟執(zhí)行方式運行這個程序，此時需要把上述程序的最后一個語句從RET修改為JR 2000，再用G命令運行這個程序時，這個程序將進入無休止的循環(huán)執(zhí)行狀態(tài)，以便有機會進入指令的單步驟執(zhí)行方式。具體辦法是，在這個程序處于循環(huán)執(zhí)行的過程中，把教學機的5個功能選擇開關中最左面的一個（STEP/CONTINUE）從朝下?lián)転槌系姆较?，使教學計算機從正常運行進入指令的單步

8、驟執(zhí)行方式。此時，教學機可能處于上述7條指令的任何一條指令的任何一個執(zhí)行步驟，此時可以通過查看指令寄存器的內容了解正在執(zhí)行的是哪一條指令，查看當前微指令地址（運行微程序控制器）或者節(jié)拍發(fā)生器的狀態(tài)（運行組合邏輯控制器）了解正在執(zhí)行的是相關指令哪一個執(zhí)行步驟，查看提供給運算器的23位控制信號的狀態(tài)和運算器的執(zhí)行結果，上述6條指令都一定有一個執(zhí)行步驟實現(xiàn)的功能、使用的控制信號的狀態(tài)與脫機運算器實驗中的一個相關步驟相對應。這之后每按一次啟動按鈕，教學機將執(zhí)行指令的一個步驟；前一條指令執(zhí)行結束后將自動進入下一條指令的執(zhí)行過程，可以執(zhí)行到程序中的每一條指令的每一個執(zhí)行步驟，同學可以觀察自己感興趣的全部有

9、關結果和控制信號的狀態(tài)。當然在這個執(zhí)行過程中遇到的許多問題和相關知識目前尚未講解，會存在許多的疑問，這正好為后續(xù)的學習提供了某些線索。此時同學應該把主要注意力放到上述6條指令執(zhí)行過程中的、與脫機運算器實驗中的一個相關步驟相對應的那個執(zhí)行步驟，查看運算器的執(zhí)行結果和送到運算器的23位控制信號，找出兩種實驗方式（脫機與聯(lián)機）下運算器運行的相同結果，差異只是控制信號的提供方發(fā)生了變化，脫機方式下是通過24位的微型開關中的23位為運算器提供控制信號，聯(lián)機方式下則是通過教學機的控制器為運算器提供這23位的控制信號。四、實驗分析與思考1. 說明在脫機方式下運算器的數(shù)據(jù)來源、三組控制信號及A、B端口的地址來

10、源。 運算器的數(shù)據(jù)來源于16位數(shù)據(jù)的撥動開關（儀器的右下角的那16個黑色的開關） 三組控制信號來源：用24位微型開關來提供控制信號 AB端口地址:送給AM2901器件用于選擇源與目的操作數(shù)的寄存器編號關于上面的三個問題的敘述的圖解：2. 說明在聯(lián)機方式下運算器的三組控制信號及A、B端口的地址來源。此時可以通過PC機的輸入各種指令來提供數(shù)據(jù)了 三組控制信號，由控制器來提供。 A,B端口地址應該還是操作數(shù)的寄存器地址吧3. 理解ALU輸出及SVZC狀態(tài)在按壓START鍵前后的變化。 ALU輸出的東西是計算的結果，按START鍵之后，寄存器接收到了ALU計算結果，以進行接下來的操作。 SVZC狀態(tài)在

11、按壓START鍵前后的變化的理解： c進位標志（進位變1）例如本次實驗： Y15-Y0CRO123412340R9789F789F0R9R9-R0666B1 z是否為0(本次實驗皆為0) v溢出標志（本次實驗未有溢出） s符號標志 4 說明運算器與有關外部邏輯電路的連接關系及其控制字段。所示。主體部分由4片4位長度的位片結構的運算器芯片Am2901組成，每片Am2901可以接收來自內部總線IB的4位輸入數(shù)據(jù)，其4位輸出都直接送到地址寄存器AR的不同字段（AR不屬于運算器的組成部分，圖中用虛線框表示），并且經(jīng)過支持三態(tài)功能的開關門電路送到內部總線IB。還要使用MACH芯片內部的部分電路提供ALU最低位的進位輸入信號和最高、最低位的移位輸入信號，使用一片GAL20V8實現(xiàn)4位的標志位寄存器FLAG，接收ALU輸出的4個標志位信號和來自內存堆棧區(qū)的4位數(shù)據(jù)（用于恢復現(xiàn)場狀態(tài)信息），F(xiàn)LAG的4位輸出可以經(jīng)過一片帶支持三態(tài)功能的開關門電路送到內部總線IB，用