實驗一脫機運算器實驗

1、實驗一脫機運算器實驗一、實驗目的一、實驗目的1、深入了解位片結構運算器AM2901的功能與用法；2、學習4片AM2901組成一個16位運算器的級連方式，深化運算器部件的組成、設計、控制和使用等方面的知識。二、實驗原理二、實驗原理運算器是計算機中執(zhí)行各種算術和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯運算，以及傳送、移位、比較等操作。運算器的組成除了ALU單元外，還包括必要的寄存器和移位器等部件

2、。寄存器用于存放操作數(shù)和運算結果，以節(jié)省訪問存儲器的時間；移位器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的移位功能，以擴展ALU的運算功能，增加數(shù)據(jù)傳送的靈活性。AM2901是一個4位的位片結構運算器，主要由ALU、輸入多路選擇器、輸出選擇器、寄存器組和移位器等組成，如圖11所示。二選一ALUALUF=0000Cn4OVRF3二選一三選一A鎖存器B鎖存器AB16個通用寄存器組B三選一44三選一Q寄存器Q3Q0RAM0RAM3輸出Y4A口地址B口地址數(shù)據(jù)D4I6I7I8

3、I3I4I5I0I1I2OECnFRS圖11AM2901芯片的內(nèi)部組成結構1）算術邏輯）算術邏輯ALUALUALU為4位算術邏輯單元，共有8種運算功能，由輸入端I5I4I3的編碼值決定執(zhí)行哪一種功能。2）通用寄存器組）通用寄存器組AM2901內(nèi)部有一個通用寄存器組，共有16個4位的寄存器。寄存器組有A和B兩個端口，其中端口A只有讀出數(shù)據(jù)功能，端口B具有讀出和寫入兩種功能。即數(shù)據(jù)可以從A口和B口輸出，但只能從B口輸入。3）Q寄存器寄存器Q

4、寄存器位4位，在乘除運算中可用來存放乘數(shù)或商，故又稱為乘商寄存器。Q寄存器本身具有移位功能，可對數(shù)據(jù)進行左移一位或右移一位的處理。4）ALUALU輸入多路選擇器輸入多路選擇器AM2901具有兩個輸入多路選擇器R和S，為ALU提供兩個操作數(shù)。R可選擇來自數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)D（來自外部）或寄存器組端口A的數(shù)據(jù)；S可從寄存器組端口A、B和Q寄存器3個來源選取數(shù)據(jù)。兩個操作數(shù)的組合由控制信號I2I1I0的編碼確定。5）移位器）移位器4位，用于對ALU

5、的輸出實現(xiàn)直送、左移或右移處理。6）輸出選擇器）輸出選擇器選擇AM2901輸出數(shù)據(jù)Y的來源。輸出數(shù)據(jù)Y有兩個來源：一個是ALU的運算結果F，另一個是直接來自寄存器組端口A。輸出數(shù)據(jù)Y的選擇，以及ALU的運算結果F如何傳送給寄存器組端口B的輸入或Q寄存器，由控制信號I8I7I6的編碼值確定。表11、表12和表13為ALU操作運算、數(shù)據(jù)來源以及運算結果處理的選擇情況。表11選擇8種運算表12選擇ALU的8種輸入數(shù)據(jù)組合表13選擇運算器的8種

6、結果的處置方案I5I4I3運算類型I2I1I0R來源S來源I8I7I6寄存器組Q寄存器Y輸出000001010011100101110111R＋SS－RR－SR∨SR∧SR∧SR⊕SR⊕S000001010011100101110111AQAB0[1]Q0B0AD[2]ADQD0000001010011100101110111F→BF→BF2→BF2→B2F→B2F→BF→QQ2→QQ2→QFFAFFFFF1、請舉例說明，為何有的運算在

7、按下START鍵之前和按下START鍵之后運算器的輸出F相同，有的運算在按下START鍵之前和按下START鍵之后運算器的輸出F不同？在進行運算器脫機實驗時，若通過指示燈檢查運算器的每次運算結果，得到運算結果是在START之前，而得到狀態(tài)寄存器中存入的狀態(tài)標志結果是在START鍵之后。參照ALU的操作周期的時序知A、B口數(shù)據(jù)鎖存是在時鐘下降沿，而寄存器的接收是在低電平，按START能得到低電平。所以按START前后結果不同，它們得到的是

8、不同的東西。六、實驗心得六、實驗心得本次實驗是第一次了解位片結構運算器AM2901的功能與用法，一開始對實驗的儀器毫無了解，后來經(jīng)過老師講解與介紹逐漸的了解了工作原理與實驗內(nèi)容。本次實驗最大的收獲就是基本理解Am2901的工作原理。對于Am2901，認識到它是用來實現(xiàn)算數(shù)和邏輯運算的，結合這次實驗設計4位ALU，明白ALU只是一個組合邏輯電路，它能直接對輸入的數(shù)據(jù)進行運算，不會受到時鐘信號的影響。芯片有16個4位通用寄存器，通過A、B地

9、址的選擇，可以選擇其中的兩個寄存器參與當前的運算，但這兩個寄存器的內(nèi)容在傳入ALU前，還必須經(jīng)過對應的A、B鎖存器才能進入ALU的兩個輸入端口，這是用來確保運算過程中數(shù)據(jù)一致性的問題的。而鎖存器只有在脈沖信號的邊沿端才會起作用，因此實驗中會涉及到按壓STEP手動產(chǎn)生脈沖信號，使數(shù)據(jù)鎖存。另外，對于ALU的運算結果，它可以輸出到Y，同時又可以將結果保存在B通用寄存器或Q寄存器中。立即數(shù)數(shù)據(jù)不可以經(jīng)過寄存器傳入ALU，它必須直接通過R輸入端