运算器实验重点解读.docVIP

计算机科学与技术系 实 验 报 告 专业名称 计算机科学与技术 课程名称 计算机组成与结构 项目名称 基本运算器实验 班 级 15专升本 学 号 1504081024 姓 名 董如丝 同组人员 无 实验日期 2015-11-1 一、实验目的 1.了解运算器的组成结构； 2.掌握运算器的工作原理。 二、实验逻辑原理图与分析 2.1 实验逻辑原理图及分析 运算器内部含有三个独立运算部件，分别是算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三部件同时接受来自A和B的数据(有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM)，各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC,在运算结果输出前，置ALU零标志。ALU中所有模块集成在一片CPLD中。 逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不在赘述。移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩形来实现。每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可以实现移位功能，即： ⑴ 对于逻辑左移或者逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连。而没有同任何输入相连的则输出连接0. ⑵ 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。 ⑶ 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或者是0填充，具体由相应的指令控制，使用另外的逻辑进位移位总量译码和符号判别， 运算器部件由一片CPLD实现。ALU的输入和输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上，另外还有指示灯表明进位标志FC。图中除T4和CLR，其余信号均来自于ALU单元的排线座，实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。T4由时序单元的TS4提供,其余控制线号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。 运算器原理图 暂存器A和暂存器B的数据能在LED灯上实时显示，原理如图所示。进位标志FC、零标志FZ和数据总线D7…D0的显示原理也是如此。 ALU和外围电路的连接如图所示，图中的小方框代表排针座。 在运算器的逻辑功能表中，S3、S2、S1、S0及CN为控制信号，FC为进位标志，FZ为运算器零标志，在功能栏内的FC、FZ表示当前运算会影响到该标志。 数据通路图及分析 (画出数据通路图并作出分析) 如果实验箱和PC联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果。操作过程为：打开软件，选择联机软件的“实验——运算器实验”，打开运算器实验的数据通路图，如下图所示。进行手动操作，每按动一次ST按钮，数据通路图会有数据的流动，反应当前运算器所做的操作或在软件中选择“调试——单节拍”，其作用相当于将时序单元的状态开关KK2置为’单拍’档后按动了一次ST按钮，数据通路图也会反应当前运算器所做的操作。 数据通路图 四、实验数据和结果分析 4.1 实验结果数据和结果数据分析如图所示 ⑴将两个数的值置入暂存器中A和B中 ⑵逻辑运算：置ALU_B=0，LDA=0,LDB=0，S3、S2、S1、S0=0010，做与运算： 置ALU_B=0，LDA=0,LDB=0，S3、S2、S1、S0=0011，做A+B运算： 置ALU_B=0，LDA=0,LDB=0，S3、S2、S1、S0=0100，做A取反运算： ⑶移位运算：置ALU_B=0，LDA=0,LDB=0，S3、S2、S1、S0=0101，做A不带进位循环右移B(取低三位)运算： 置ALU_B=0，LDA=0,LDB=0，S3、S2、S1、S0=0110，当CN=0时做A逻辑右移一位： 置ALU_B=0，LDA=0,LDB=0，S3、S2、S1、S0=0110，当CN=1时做A带进位循环右移一位： 置ALU_B=0，LDA=0,LDB=0，S3、S2、S1、S0=0111，当CN=0时做A逻辑左移一位： 置ALU_B=0，LDA=0,LDB=0，S3、S2、S1、S0=0111