實(shí)驗(yàn)1運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)主講人：秦勉主講人：秦勉2022年4月27日星期三2實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膌 深入了解深入了解AM2901運(yùn)算器的功能與具體用法；運(yùn)算器的功能與具體用法；l 深化運(yùn)算器部件的組成、設(shè)計(jì)、控制與使用等諸項(xiàng)深化運(yùn)算器部件的組成、設(shè)計(jì)、控制與使用等諸項(xiàng)知識(shí)。知識(shí)。2022年4月27日星期三3運(yùn)算器運(yùn)算器Am2901組成組成算邏運(yùn)算器算邏運(yùn)算器ALUALU寄存器組寄存器組R0R15R0R15乘商寄存器乘商寄存器Q Q5 5組多路選擇器組多路選擇器功能功能8 8種種 運(yùn)算類型運(yùn)算類型8 8種種 數(shù)據(jù)組合方式數(shù)據(jù)組合方式8 8種種 結(jié)果處理結(jié)果處理2022年4月27日星期三4A

2、m2901運(yùn)算器運(yùn)算器 ALU S RCnFF3F=0000OVRCn+4符號(hào)位符號(hào)位S結(jié)果為零結(jié)果為零Z結(jié)果溢出結(jié)果溢出V進(jìn)位輸出進(jìn)位輸出Cl 每片每片Am2901為為4位的；位的； 4片片Am2901級(jí)聯(lián)構(gòu)成級(jí)聯(lián)構(gòu)成16位運(yùn)算器；位運(yùn)算器；l 輸出輸出運(yùn)算結(jié)果運(yùn)算結(jié)果F、標(biāo)志位、標(biāo)志位SZVC；l 輸入輸入R、S、最低位的進(jìn)位信號(hào)、最低位的進(jìn)位信號(hào)CnRS的數(shù)據(jù)來源由多路開關(guān)可選，共的數(shù)據(jù)來源由多路開關(guān)可選，共8種組合狀態(tài)；種組合狀態(tài)；l 共完成共完成 8 種運(yùn)算功能；種運(yùn)算功能；3 種算術(shù)運(yùn)算（加減等）和種算術(shù)運(yùn)算（加減等）和5種邏輯運(yùn)算（與或異或等）；種邏輯運(yùn)算（與或異或等）；2022

3、年4月27日星期三5Am2901的輸入控制的輸入控制l 8種數(shù)據(jù)組合種數(shù)據(jù)組合由由I0I2提供數(shù)據(jù)來源提供數(shù)據(jù)來源選擇輸入選擇輸入ALU的兩個(gè)操作數(shù)的兩個(gè)操作數(shù)R和和S的組合關(guān)系的組合關(guān)系I2I1I0數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來源RS000AQ001AB0100Q0110B1000A101DA110DQ111D0I5I4I3功能功能000R+S001S-R010R-S011RS100RS101RS110R S111R S2022年4月27日星期三6l 8種運(yùn)算功能種運(yùn)算功能由由I3I5提供功能編號(hào)提供功能編號(hào)三種算術(shù)運(yùn)算，三種算術(shù)運(yùn)算，5種邏輯運(yùn)算種邏輯運(yùn)算Am2901的運(yùn)算類型控制的運(yùn)算類型控制2022年

4、4月27日星期三7通用寄存器組通用寄存器組l 16個(gè)通用寄存器；個(gè)通用寄存器；l 雙端口（雙端口（A口，口，B口）控制讀出，口）控制讀出，單端口（單端口（B口）控制寫入；口）控制寫入；讀出數(shù)據(jù)將送到讀出數(shù)據(jù)將送到A、B鎖存器；鎖存器；寫入數(shù)據(jù)由多路選擇器控制；寫入數(shù)據(jù)由多路選擇器控制；l 例如，指令例如，指令MVRR R0 , R1A口地址應(yīng)為口地址應(yīng)為0001；B口地址應(yīng)為口地址應(yīng)為0000；l A口讀出數(shù)據(jù)還可作為該芯片的可口讀出數(shù)據(jù)還可作為該芯片的可選輸出數(shù)據(jù)之一；選輸出數(shù)據(jù)之一；4 4位地址位地址 B鎖存器鎖存器A鎖存器鎖存器A口地址口地址B口地址口地址（寫入）（寫入）16個(gè)個(gè)通用寄存

5、器通用寄存器2022年4月27日星期三8乘商寄存器乘商寄存器Ql 乘商寄存器乘商寄存器Q主要用于實(shí)現(xiàn)硬件的乘法、除法指令；主要用于實(shí)現(xiàn)硬件的乘法、除法指令；l 乘商寄存器乘商寄存器Q具有左右移位的功能；具有左右移位的功能；左移時(shí)，高位移入左移時(shí)，高位移入Q3，右移時(shí)，低位移入，右移時(shí)，低位移入Q0；l 乘商寄存器乘商寄存器Q的輸出可以送往的輸出可以送往ALU的的S輸入端，并可輸入端，并可接收接收ALU的輸出結(jié)果。的輸出結(jié)果。2022年4月27日星期三95組多路選擇器組多路選擇器lALU輸入端輸入端R、S的數(shù)據(jù)來源選擇器的數(shù)據(jù)來源選擇器R端為二選一選擇器，可選鎖存器端為二選一選擇器，可選鎖存器A

6、和數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)線D；S端為三選一選擇器，可選鎖存器端為三選一選擇器，可選鎖存器A、B和乘商寄存器和乘商寄存器Q；lALU運(yùn)算結(jié)果的存儲(chǔ)選擇器運(yùn)算結(jié)果的存儲(chǔ)選擇器三選一選擇器；三選一選擇器；選擇選擇把把ALU的運(yùn)算結(jié)果本身，還是乘的運(yùn)算結(jié)果本身，還是乘/除除2之后的值保存；之后的值保存；lQ寄存器取值選擇器寄存器取值選擇器三選一選擇器；三選一選擇器；選擇將選擇將Q寄存器的左寄存器的左/右移一位、或接收右移一位、或接收ALU輸出值；輸出值；l運(yùn)算結(jié)果輸出選擇器運(yùn)算結(jié)果輸出選擇器二選一選擇器；二選一選擇器；選擇把選擇把ALU結(jié)果或結(jié)果或A口數(shù)據(jù)送出；口數(shù)據(jù)送出；2022年4月27日星期三10l 8種

7、結(jié)果處理種結(jié)果處理由由I6I8提供結(jié)果處理情況提供結(jié)果處理情況通用寄存器是否接收運(yùn)算結(jié)果，及運(yùn)算結(jié)果類型；通用寄存器是否接收運(yùn)算結(jié)果，及運(yùn)算結(jié)果類型；Q寄存器的值是否發(fā)生變化；寄存器的值是否發(fā)生變化；運(yùn)算器向外輸出什么樣的內(nèi)容；運(yùn)算器向外輸出什么樣的內(nèi)容；I8I7I6結(jié)果處理結(jié)果處理寄存器組寄存器組Q寄存器寄存器Y輸出輸出000FQF001F010FBA011FBF100F/2BQ/2QF101F/2BF1102FB2QQF1112FBFALU運(yùn)算結(jié)果的傳送控制運(yùn)算結(jié)果的傳送控制2022年4月27日星期三11Am2901的引腳及輸入輸出信號(hào)的引腳及輸入輸出信號(hào)2022年4月27日星期三124片

8、片Am2901芯片之外的線路設(shè)計(jì)（芯片之外的線路設(shè)計(jì)（1/3）l 4個(gè)標(biāo)志位信號(hào)的接收與記憶電路個(gè)標(biāo)志位信號(hào)的接收與記憶電路由由C、Z、V、S共共4個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成的標(biāo)志寄存器，有三個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成的標(biāo)志寄存器，有三位編碼位編碼SST2SST0對(duì)其進(jìn)行選擇對(duì)其進(jìn)行選擇SSTSSTC Z V SC Z V S說說 明明0 0 0C Z V S狀態(tài)位保持不變狀態(tài)位保持不變0 0 1CY F=0 OVR F15接收接收ALU標(biāo)志位輸出的值標(biāo)志位輸出的值0 1 0IB7 IB6 IB5 IB4恢復(fù)標(biāo)志位原來的現(xiàn)場(chǎng)值恢復(fù)標(biāo)志位原來的現(xiàn)場(chǎng)值0 1 10 Z V SC置置01 0 01 Z V SC置置11 0 1

9、RAM0 Z V S右移（移出時(shí)）右移（移出時(shí)）1 1 0RAM15 Z V S左移（移出時(shí)）左移（移出時(shí)）1 1 1Q0 Z V S聯(lián)合右移（硬件乘法指令）聯(lián)合右移（硬件乘法指令）2022年4月27日星期三134片片Am2901芯片之外的線路設(shè)計(jì)（芯片之外的線路設(shè)計(jì)（2/3）l 最低位最低位Cin的形成的形成 對(duì)于對(duì)于Cin可取值為可取值為0、1或進(jìn)位標(biāo)志或進(jìn)位標(biāo)志C的值（帶進(jìn)位的雙精的值（帶進(jìn)位的雙精度加減法運(yùn)算）；度加減法運(yùn)算）； 由由SCI碼加以區(qū)分：碼加以區(qū)分：SCISCIC Cinin 說明說明000 ADD、DEC011 INC、SUB10C ADC、SBB2022年4月27日星

10、期三14l 最高、最低的移位輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最高、最低的移位輸入信號(hào)設(shè)計(jì) 最高位的移位入出信號(hào)為最高位的移位入出信號(hào)為RAM15和和Q15 最低位的移位入出信號(hào)為最低位的移位入出信號(hào)為RAM0和和Q0SSHSSH左移左移右移右移說明說明RAMRAM0 0Q Q0 0RAMRAM1515Q Q1515000X0X補(bǔ)補(bǔ)0（邏輯左右移）（邏輯左右移）01CXCX帶進(jìn)位移（循環(huán)移位）帶進(jìn)位移（循環(huán)移位）10Q15F15CYRAM0帶帶Q同時(shí)移位（乘除時(shí)）同時(shí)移位（乘除時(shí)）11XXF15RAM0補(bǔ)碼右移補(bǔ)碼右移4片片Am2901芯片之外的線路設(shè)計(jì)（芯片之外的線路設(shè)計(jì)（3/3）2022年4月27日星期三15本

11、次實(shí)驗(yàn)說明本次實(shí)驗(yàn)說明l脫機(jī)方式實(shí)驗(yàn)脫機(jī)方式實(shí)驗(yàn)僅使用實(shí)驗(yàn)箱上的運(yùn)算器完成的實(shí)驗(yàn)。僅使用實(shí)驗(yàn)箱上的運(yùn)算器完成的實(shí)驗(yàn)。l輸入來源輸入來源16 位數(shù)據(jù)開關(guān)，提供參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)開關(guān)，提供參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)；u左邊標(biāo)有左邊標(biāo)有SWH 的是高的是高8 位，右邊標(biāo)有位，右邊標(biāo)有SWL 的是低的是低8 位；位；兩個(gè)兩個(gè)12 位微型開關(guān)，提供運(yùn)算器運(yùn)行所必需的控制信號(hào)；位微型開關(guān)，提供運(yùn)算器運(yùn)行所必需的控制信號(hào)；u標(biāo)有標(biāo)有micro switch 1 和和micro switch 2l輸出顯示輸出顯示通過指示燈觀察運(yùn)算結(jié)果。通過指示燈觀察運(yùn)算結(jié)果。Micro switch 1Micro switch 2I

12、8- I6I5- I3I2- I0SST SSHSCIB Port A Port2022年4月27日星期三16實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟l 將教學(xué)機(jī)左下方的將教學(xué)機(jī)左下方的5個(gè)功能撥動(dòng)開關(guān)置為個(gè)功能撥動(dòng)開關(guān)置為1XX00單步、單步、1616位、脫機(jī)；位、脫機(jī)；l 先按先按“RESET”按鍵，再按按鍵，再按“START”按鍵，進(jìn)行初始化；按鍵，進(jìn)行初始化；l 按實(shí)驗(yàn)表中所列的操作數(shù)在機(jī)器上進(jìn)行運(yùn)算器脫機(jī)實(shí)驗(yàn)，將按實(shí)驗(yàn)表中所列的操作數(shù)在機(jī)器上進(jìn)行運(yùn)算器脫機(jī)實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果填入表中；結(jié)果填入表中；運(yùn)算運(yùn)算I80SSTSSHSCIB A按按START前前按按START后后ALU輸輸出出SVZCALU輸出輸出SVZC

13、MVRD R0 , 0101 2022年4月27日星期三17置數(shù)舉例置數(shù)舉例l MVRD R0 , 0101l分析分析數(shù)據(jù)要寫入到數(shù)據(jù)要寫入到R0寄存器，所以選擇寄存器，所以選擇B口；口；又因?yàn)橛忠驗(yàn)?101HR0可以看做可以看做0101H+0 R0，故，故I2I1I0取值為取值為111， I5I4I3取值為取值為000， I8I7I6取值為取值為011；l最后置數(shù)取值：最后置數(shù)取值：A口地址：口地址：XXXXB口地址：口地址：0000I8I7I6 I5I4I3 I2I1I0 ：011 000 111SST:000SSH:00 Sci:002022年4月27日星期三18置數(shù)舉例置數(shù)舉例lADD R0 , R1 l置數(shù)結(jié)果置數(shù)結(jié)果A口：口：0001B口：口：0000I8I7I6：011I5I4I3：000I2I1I0：001SST:001SSH:00 Sci:00lSUB R0 , R1 l置數(shù)結(jié)果置數(shù)結(jié)果A口：口：0001B口：口：0000I8I7I6：011I5I4I3：001I2I1I0：001SST:001SSH:00 Sci:012022年4月27日星期三19實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)要求l 實(shí)驗(yàn)之前認(rèn)真預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過程所用數(shù)據(jù)和運(yùn)行結(jié)果等，否則實(shí)實(shí)驗(yàn)之前認(rèn)真預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過程所用數(shù)據(jù)和運(yùn)行結(jié)果等，否則實(shí)驗(yàn)效率會(huì)很低，所學(xué)到的內(nèi)容也會(huì)大受影響；驗(yàn)效率會(huì)很低，所學(xué)到的內(nèi)容也