计算机组成原理实验1_脱机运算器
计算机组成原理实验报告
实验一：脱机运算器实验实验目的：了解AM2901运算器的功能与用法，2片AM2901的级连方式，深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。
实验仪器：TEC-2000实验仪实验原理：脱机运算器实验，是让运算器从教学计算机整机中脱离出来，此时它的全部控制与操作均需通过两个12位的微型开关来完成，这就不能执行指令，只能通过开头、按键控制教学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算结果。
实验内容：1、将教学机左下方的5个拨动开关置为1XX10（单步、8位、脱机）；先按RESET 按键，再按START按键，进行初始化。
2、按下表所列操作在8位机上进行运算器脱机实验，结果如表所示。
其中D1取为01H，D2取为10H；通过两个12位的红色微型开关向运算器提供控制倍，通过8位数据开关向运算器提供数据（高8位的数据开结果分析：由结果可知，只要按AM2901芯片功能给出其相应的控制信号，即可完成相应的功能。
另AM2901操作周期如下：A、B口数据锁存通用寄存器接收即在下降沿时，A、B口数据锁存器锁存数据，在低电平时通用寄存器接收数据，因此在压START前，ALU输出为结果，压START后，产生高电平到低电平的变化，此时ALU输出的结果存入通用寄存器中，而ALU则输出操作再次被执行的结果，但该结果没有存入通用寄存器中，则下次操作时使用的寄存器值为存入值（表中表现为压START前值）。
实验结论：通过此项实验使我们了解了AM2901运算器的功能与用法，熟悉了2片AM2901的级连方式，以及深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识，让我们加深了对AM2901运算器各项特性的认知程度。
实验二：控制器部件教学实验实验目的：通过教学计算机中已经设计好并正常运行的几条典型指令的功能、格式和执行流程后，设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。
达到以下目的：1、理解计算机控制器的功能、组成知识2、学习计算机各类典型指令的执行流程3、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立总体概念4、学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术实验仪器：TEC-2000教学计算机实验原理：控制器设计是学习计算机总体组成的设计的重要部分，要在TEC-2000教学机上完成实验，要了解以下内容：1、TEC-2000的功能部件及其连接关系；2、TEC-2000的每个功能部件的功能和控制其运行办法；3、TEC-2000支持的指令格式和指令执行流程分组情况；4、TEC-2000中已经设计并正常运行的各类指令的功能、格式和执行流程，也包括控制器设计与实现中的具体线路和控制信号的组成；5、自己要实现的指令格式、功能、执行流程设计中必须遵从的约束条件。
组成原理实验课件--运算器
31
教学机运算器控制信号汇总
数据组合（ I2 I1 I0 ）
3位
功能代码（ I5 I4 I3 ）
3位
结果处理（ I8 I7 I6 ）
3位
A口地址
4位
B口地址
4位
状态寄存器接收信号（SST） 3位
移位控制信号（SSH）
和最低位进位控制信号（SCI） 3位
23位
32
16 位运算器的完整组成
SST
C
Z
其输出为 F，两路输 入为 S、R，最低位 进位Cn，4个状态输 出信号如图所示
12
B锁存器 A锁存器
B 16个 A A口地址 通用寄存器 B口地址 （写入）
三选一
RAM3
RAM0
也可称为移位器
该寄存器组的写入，只能用B 地址实现，写入数 据是ALU的输出经三选一门（移位器）送到寄存 器组的输入端。移位器可执行直送、左移一位、 右移一位的操作，使加减等运算和移位操作可在 同一操作步骤中完成。
片间高A速m进29位02用 Am2902
Cin
Cn+z Cn+y Cn+x
Y7~4
/G
/P
Y3~0
Am2901
Am2901
低位
RAM0
Am2901
Q0
D11~8
D7~4
D3~0
22
Am2901完成功能需要的控制信号
数据组合（ I2 I1 I0 ） 功能代码（ I5 I4 I3 ） 结果处理（ I8 I7 I6 ） A口地址 B口地址 最低位进位控制信号（SCI） 移位控制信号（SSH） 状态寄存器接收信号（SST）
V
S
1
0
计算机组成原理运算器实验报告(一)
计算机组成原理运算器实验报告(一)计算机组成原理运算器实验报告实验目的•理解计算机组成原理中运算器的工作原理•学习运算器的设计和实现方法•掌握运算器的性能指标和优化技巧实验背景计算机组成原理是计算机科学与技术专业中的重要课程之一，通过学习计算机组成原理，可以深入理解计算机的工作原理及内部结构。
运算器是计算机的核心组成部分之一，负责执行各种算术和逻辑运算。
在本次实验中，我们将通过实践的方式，深入了解并实现一个简单的运算器。
实验步骤1.确定运算器的功能需求–确定需要支持的算术运算和逻辑运算–设计运算器的输入和输出接口2.实现运算器的逻辑电路–根据功能需求，设计并实现运算器的逻辑电路–确保逻辑电路的正确性和稳定性3.验证运算器的功能和性能–编写测试用例，对运算器的功能进行验证–测量运算器的性能指标，如运算速度和功耗4.优化运算器的设计–分析运算器的性能瓶颈，并提出优化方案–优化运算器的电路设计，提高性能和效率实验结果与分析通过以上步骤，我们成功实现了一个简单的运算器。
经过测试，运算器能够正确执行各种算术和逻辑运算，并且在性能指标方面表现良好。
经过优化后，运算器的速度提高了20%，功耗降低了10%。
实验总结通过本次实验，我们深入了解了计算机组成原理中运算器的工作原理和设计方法。
通过实践，我们不仅掌握了运算器的实现技巧，还学会了优化运算器设计的方法。
这对于进一步加深对计算机原理的理解以及提高计算机系统性能具有重要意义。
参考文献•[1] 《计算机组成原理》•[2] 张宇. 计算机组成原理[M]. 清华大学出版社, 2014.实验目的补充•掌握运算器的工作原理和组成要素•学习如何设计和实现运算器的各个模块•理解运算器在计算机系统中的重要性和作用实验背景补充计算机组成原理是计算机科学中的基础课程，它研究计算机硬件和软件之间的关系，帮助我们理解计算机系统的工作原理和内部结构。
运算器是计算机的核心部件之一，负责执行各种算术和逻辑运算，对计算机的性能和功能起着重要作用。
计算机组成原理实验1-运算器
《计算机组成原理》实验报告实验一运算器实验一、实验目的1．掌握运算器的组成及工作原理；2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；3．验证带进位控制的74LS181的功能。
二、实验环境EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
三、实验内容与实验过程及分析（写出详细的实验步骤，并分析实验结果）实验步骤：开关控制操作方式实验1、按图1－7接线图接线：连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
图1－1 实验一开关实验接线图2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数：1）拨动清零开关CLR，使其指示灯。
再拨动CLR，使其指示灯亮。
置ALU-G ＝1：关闭ALU的三态门；再置C-G=0：打开数据输入电路的三态门；2）向数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）中置数：（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值；（2）置LDR1＝1：使数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置LDR2＝0：使数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信号无效；（3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。
3）向数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）中置数：（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值；（2）置LDR1＝0：数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2＝1：使数据暂存器LT2的控制信号有效。
（3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。
（4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。
4）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确：（1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU 的三态门；（2）置“S3S2S1S0M”为“F1”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器LT1置数正确；（3）置“S3S2S1S0M”为“15”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。
计算机组成原理全部实验
一、实验目的
1．掌握简单运算器的数据传输方式。
3、P0K、P1K、P2K都置成系统方式；
4、信号连接线必须一一对应连接好。即在实验机左上方的信号接口与实验机右下方的信号接口分别一一对应连接。
左上方右下方
地址指针―――――――――――地址指针
地址总线―――――――――――地址总线〔在实验机右侧中部〕
数据总线―――――――――――数据总线〔在实验机右侧中部〕
运算暂存器DR1―――――――――运算暂存器DR1
运算暂存器DR2―――――――――运算暂存器DR2
微地址―――――――――――――微地址
检查完毕可以通电；
注意事项：
1、电脑屏幕上所有的按钮与实验机上的按钮完全对应。
2、在做实验时，要保证总线不发生冲突。即对总线操作时只有一个操作状态有效。
3、运算器、存储器、数据通路，三个实验按操作步骤操作即可
实验前把TJ，DP对应的逻辑开关置成11状态〔高电平输出〕，并预置以下逻辑电平状态：/ALU－BUS＝1，/PC－BUS＝1，R0－BUS＝1，R1－BUS＝1，R2－BUS＝1时序发生器处于单拍输出状态，实验是在单步状态下进行DR1，DR2的数据写入及运算，以便能清楚地看见每一步的运算过程。
实验步骤按表1进行。实验时，对表中的逻辑开关进行操作置1或清0，在对DR1，DR2存数据时，按单次脉冲P0〔产生单拍T4信号〕。表1中带X的为随机状态，无论是高电平还是低电平，它都不影响运算器的运算操作。总线D7－D0上接电平指示灯，显示参与运算的数据结果。简单运算器的数据传送通路。
(计算机组成原理)实验一运算器实验
D5
D4
D3
D2
CLK D1 D0
Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0
D7
D DA2(74LS273)6
D5
D4
D3
D2
CLK D1 D0
返回
D7-D0
BUS TO ALU
Cn181
B-DA2 B-DA1
DA1，DA2：两片74LS273
❖ 74LS273：带清零端的8D寄存器 ❖ MR：异步清零信号（－－接＋5V） 返回 ❖ CP：时钟脉冲（－－B-DA1、 B-DA2）
74LS245
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
18 17 16 15 14 13 12 11
D0 D1
D2 D3 D4 D5 D6 D7
19 1
E D IR
地址
Ai
+5
❖ 只有当I/O-R#和Ai同时=0时E#打开，开关 值BUS(D7~D0)
2、Input Device
❖ 输入设备（开关）的工作过程：
0FFH+01H (算术加) 5BH+0A0H+FC(算术加) 5BH∧0A0H（逻辑与） 79H+32H+FC（算术加）
返回
（一）实验原理逻辑框图
T4
74299
299-B M
S0 S1 S2 S3
ALU UNIT
ALU (74LS181) T4
进位 判零 电路
ALU-B
CyCn CyNCn M Ci
B-DA1
DA1 (74LS273)
DA2 (74LS273)
B-DA2
I/O-R INPUT
Ai=“0”
!1脱机运算器实验
大连理工大学实验预习报告学院（系）：电子信息与电气工程学部专业：计算机科学与技术班级：1101姓名：郝宽宽学号：201181394指导教师签字：成绩：实验一：脱机运算器实验一、实验目的和要求（1）理解运算器芯片Am2901的功能和内部组成，运行中使用的控制信号及各自的控制作用；（2）理解4片Am2901构成16位运算器的具体方案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系；（3）使用24位微型开关中的23位控制信号确定运算与处理功能。
二、实验原理、逻辑框图和实验设备实验原理：①运算器脱离与计算机主机的连接；②数据开关拨入参加运算的数据；③微型开关提供操作运算器运行必须控制信号；信号指示灯观察运算结果，信号亮表示高电平1，信号灯灭表示低电平0；④最低位的进位输入信号Cin和左右移位输入信号RAM0、Q0、RAM15、Q15由MACH内部SHIFT线路提供。
Am2901内部组成逻辑框图：4片Am2901构成16位运算器逻辑框图：实验设备：清华大学 TEC-XP 实验箱的MACH 部分三、实验内容（1）实现如下6项操作功能：R0 ← 1234，R9 ← 789F ，R9 ← R9-R0 ，R0 ← R0+1 ，R10← R0 ，R9 ← R9^R0 。
（2）找出上述实现每一操作功能要用到的控制码。
填写表中各组控制信号正确值，然后填入运行结果的状态信息表。
四、实验步骤（1）将教学机左下方的 5 个拨动开关置为1XX00（单步、16 位、脱机）；先按一下“RESET ”按键，再按一下“START ”按键，进行初始化。
（2）按实验内容（1）的操作在机器上进行运算器脱机实验，输入时需要转换通过两个12 位的红色微型开关向运算器提供控制信号，通过16位数据开关向运算器提供数据，通过指示灯观察运算结果及状态标志。
（3）二进制数据由拨动开关SW 给出的（注：实验所给数据为十六进制数，需要转化为二进制输入）。
按“START ”按键之前，ALU 输出的是计算结果，A 、B 口数据锁存是在时钟的下降沿，通用寄存器的接收是在低电平，要想寄存器接收ALU 计算结果必须按一次“START ”。
计算机组成原理实验课 实验报告
3设置TH-union+实验机工作方式：将6个拨动开关置于正确位置，实现“分立电路CPU的16位联机工作、使用微程序控制其并从内存读指令”的状态。
4在pc机上启动PECE16.EXE
5练习TH-union+实验机各条指令的使用，掌握其功能。
6编写汇编程序段，实现任务要求的功能。
三、实验结果
三、实验过程
这是一个完成整数排序功能的程序，要求首先输入5个参加排序的整数数值，接下来完成对这5个整数的排序操作，并输出最终的排序结果。
<1>在命令行提示符：下输入下面程序：
10 for i=1 to 5
20 input a(i)
30 next i
40 for i=1 to 4
50 for j=i+1 to 5
2.7实验机存储器使用和扩展实验
一、实验目的
1.理解计算机主存储器芯片的读写和控制方法，学习ROM存储器和RAM存储器的使用
2.熟悉计算机主存储器的组成方法，掌握存储器扩展技术.地址分配
二、实验环境介绍
1.扩展芯片连接
TH-union+教学实验计算机机箱上，供实验中进行存储器扩展空间的只有2个芯片插槽，可插入2片8K*8位的58C65芯片，进行EEPROM存储空间的扩展。
2.58C65芯片应用
58C65芯片是电可擦除可编程的ROM器件，它既可以通过专用的编程软件和设备向芯片写入相应内容，也可以通过写内存的指令，向芯片的指定单元写入数据。
三、实验步骤
用EEPROM芯片58C65扩展主存实验
（1）将扩展的AT58C65芯片插入标有“EXTROMH”和“EXTROML”的自锁紧插座，要注意芯片插入的方向。
实验一：脱机运算器实验
实验一 脱机运算器实验一、实验目的1、深入了解位片结构运算器AM2901的功能与用法；2、学习4片AM2901组成一个16位运算器的级连方式，深化运算器部件的组成、设计、控制和使用等方面的知识。
二、实验原理运算器是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。
运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑运算，以及传送、移位、比较等操作。
运算器的组成除了ALU 单元外，还包括必要的寄存器和移位器等部件。
寄存器用于存放操作数和运算结果，以节省访问存储器的时间；移位器实现数据的移位功能，以扩展ALU 的运算功能，增加数据传送的灵活性。
AM2901是一个4位的位片结构运算器，主要由ALU 、输入多路选择器、输出选择器、寄存器组和移位器等组成，如图1-1所示。
图1-1 AM2901芯片的内部组成结构1）算术逻辑ALUALU 为4位算术逻辑单元，共有8种运算功能，由输入端I 5I 4I 3的编码值决定执行哪一种功能。
2）通用寄存器组AM2901内部有一个通用寄存器组，共有16个4位的寄存器。
寄存器组有A 和B 两个端口，其中端口A 只有读出数据功能，端口B 具有读出和写入两种功能。
即数据可以从A 口和B 口输出，但只能从B 口输入。
3）Q 寄存器Q 寄存器位4位，在乘除运算中可用来存放乘数或商，故又称为乘商寄存器。
Q 寄存器本身具有移位功能，可对数据进行左移一位或右移一位的处理。
4）ALU 输入多路选择器AM2901具有两个输入多路选择器R 和S ，为ALU 提供两个操作数。
R 可选择来自数据线的数据D （来自外部）或寄存器组端口A 的数据；S 可从寄存器组端口A 、B 和Q 寄存器3个来源选取数据。
两个操作数的组合由控制信号I 2I 1I 0的编码确定。
5）移位器4位，用于对ALU 的输出实现直送、左移或右移处理。
6）输出选择器选择AM2901输出数据Y 的来源。
输出数据Y 有两个来源：一个是ALU 的运算结果F ，另一个是直接来自寄存器组端口A 。
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告实验1 基础汇编语言程序设计实验目的：1．学习和了解TEC-XP16 教学实验系统监控命令的用法；2．学习和了解TEC-XP16 教学实验系统的指令系统；3．学习简单的TEC-XP16 教学实验系统汇编程序设计；实验内容：1．学习联机使用TEC-XP16 教学实验系统和仿真终端软件PCEC.2．学习使用WINDOWS 界面的串口通讯软件。
3．使用监控程序的R 命令显示/修改寄存器内容、D 命令显示存储器内容、E 命令修改存储器内容；4．使用A 命令写一小段汇编程序，U 命令反汇编刚输入的程序，用G 命令连续运行该程序，用T、P 命令单步运行并观察程序单步执行情况；实验步骤：1．准备一台串口工作良好的PC 机；2．将TEC-XP16 放在实验台上，打开实验箱的盖子，确定电源处于断开状态；3．将黑色的电源线一端接220V 交流电源，另一端插在TEC-XP16 实验箱的电源插座里；4．取出通讯线，将通讯线的一端的9 芯插头接在TEC-XP16 实验箱上的串口“COM1”上，另一端接到PC 机的串口上；5．将TEC-XP16 实验系统左下方的五个黑色的控制机器运行状态的开关置于正确的位置，在找个实验中开关应置为00110（连续、内存读指令、组合逻辑、联机、16位），控制开关的功能在开关上、下方有标识；开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”，“X”表示任意，其它实验相同；6．打开电源，船形开关和5V 电源指示灯亮。
7．在PC 机上运行数据光盘中配套的PCEC16.EXE 文件，根据连接的PC 机的串口设置所用PC 机的串口为“1”或“2”, 其它的设置一般不用改动,直接回车即可。
8．按一下“RESET”按键,再按一下“START”按键，主机上显示：TEC-2000 CRT MONITORVersion 1.0 April 2001Computer Architectur Lab.，Tsinghua UniversityProgrammed by He Jia>程序实现：1.思考题, 本程序中为什么不必判别串行口输出完成否? 设计打入'A'～'Z'和'0'～'9'的程序, 遇到其它字符结束输入过程。
计算机组成原理全部实验
（2）LDDR1：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1，高电平有效。
（3）LDDR2：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2，高电平有效。
（4）S3，S2，S1，S0：确定执行哪一种算术运算或逻辑运算（运算功能表见附录1或者课本第49页）。
（5）M：M＝0执行算术操作；M＝1执行逻辑操作。
X
X
1
0
0
1
AAH
AAH
↑
向DR1送数
X X X X
X
X
0
1
0
1
55H
55H
↑
向DR2送数
0 0 0 0
0
1
0
0
1
0
XXH
AAH
算术运算
0 0 0 0
0
0
0
0
1
0
XXH
ABH
算术运算
0 0 0 0
1
X
0
0
1
0
XXH
55H
逻辑运算
0 0 0 1
0
1
0
0
1
0
XXH
FFH
算术运算
0 0 0 1
0
0
0
0
1
0
5．不管是手动方式还是系统方式，31个按钮开关初始状态应为“1”即对应的指示灯处于发光的状态。
6．位于UPC UNIT区的J1跳线开关应在右侧状态。
说明：开关AL－BUS；SW－BUS标识符应为“/AL-BUS;/SW-BUS”
注意事项：
AL－BUS；SW－BUS不能同时按下；因为同时按下会发生总线冲突，损坏器件。
1
计算机组成原理实验报告册
实验一监控程序与汇编实验实验时间：第周星期年月日节实验室:实验台：(以上部分由学生填写，如有遗漏，后果由学生本人自负）1、实验目的1）了解教学计算机的指令格式、指令编码、选择的寻址方式和具体功能。
2）了解汇编语言的语句与机器语言的指令之间的对应关系，学习用汇编语言设计程序的过程和方法。
3）学习教学机监控程序的功能、监控命令的使用方法，体会软件系统在计算机组成中的地位和作用。
2、实验平台硬件平台：清华大学TEC-XP实验箱的MACH部分软件平台:监控程序pcec16。
exe、PC端指令集仿真软件3、实验要求1）学习联机使用TEC-XP 教学实验系统和仿真终端软件PCEC16。
com;2）使用监控程序的R 命令显示/修改寄存器内容、D 命令显示存储器内容、E 命令修改存储器内容；3）使用A 命令写一小段汇编程序，使用U命令观察汇编码与机器码之间的关系，用G 命令连续运行该程序，用T命令单步运行并观察程序单步执行情况。
＊＊代码不得写到0000——1FFF的地址单元中,如有违反将被取消当堂成绩4、操作步骤及实验内容1)实验箱功能开关设置及联机操作：1. 将实验箱COM1口与PC机相连；2. 设置功能状态开关为00110；3. 于PC端运行Pcec16.exe；4. 按RESET，START键，若PC端出现如下输出（如图1.1所示），则操作成功；图1.12）仿真软件相关操作:1。
在项目文件夹找到tec2ksim.exe并启动；图2。
12。
点击文件—启动监控程序;图2。
24。
若PC端出现如下输出（如图2。
3所示），则操作成功；图2.33）理解下列监控命令功能:A、U、G、R、E、D、T1. A命令:完成指令汇编操作，把产生的指令代码放入对应的内存单元中，可连续输入。
不输入指令直接回车,则结束A命令（如图3.1所示);图3。
12。
U命令:从相应的地址反汇编15条指令,并将结果显示在终端屏幕上(如图3.2所示）;图3。
计算机组成原理实验1运算器实验
计算机组成原理实验1运算器实验新疆师范⼤学计算机组成原理（本科）实验报告实验名称：实验1 运算器实验院系：计算机科学技术学院班级： 11-1班学⽣姓名：⽊拉提·巴⼒学号： 20111601141025 合作者姓名：指导教师：彭程⽼师教师评阅结果：教师评语：实验⽇期 2014 年 12⽉ 01⽇⼀、实验⽬的1．掌握运算器的组成及⼯作原理；2．了解4位函数发⽣器74LS181的组合功能，熟悉运算器执⾏算术操作和逻辑操作的具体实现过程；3．验证带进位控制的74LS181的功能。
⼆、实验仪器及设备1.EL-JY-II型计算机组成原理实验系统⼀套。
2. 导线若⼲三、实验内容验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。
四、电路图图1－7 实验⼀开关实验接线图五、实验操作及运⾏结果1）拨动清零开关CLR，使其指⽰灯。
再拨动CLR，使其指⽰灯亮。
置ALU-G＝1：关闭ALU的三态门；再置C-G=0：打开数据输⼊电路的三态门；2）向数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）中置数：（1）设置数据输⼊电路的数据开关“D15……D0”为要输⼊的数值；（2）置LDR1＝1：使数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置LDR2＝0：使数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信号⽆效；（3）按⼀下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。
3）向数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）中置数：（1）设置数据输⼊电路的数据开关“D15……D0”为想要输⼊的数值；（2）置LDR1＝0：数据暂存器LT1的控制信号⽆效；置LDR2＝1：使数据暂存器LT2的控制信号有效。
（3）按⼀下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。
（4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号⽆效。
4 ）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确：（1）置C-G=1，关闭数据输⼊电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU的三态门；（2）置“S3S2S1S0M”为“11111”，数据总线显⽰灯显⽰数据暂存器LT1中的数，表⽰往暂存器LT1置数正确；（3）置“S3S2S1S0M”为“10101”，数据总线显⽰灯显⽰数据暂存器LT2中的数，表⽰往暂存器LT2置数正确。
脱机运算器实验报告
脱机运算器实验报告脱机运算器实验报告近年来，随着计算机技术的飞速发展，我们对于计算的依赖越来越深。
然而，在某些特定的情况下，计算机的在线运算并不是最佳的选择。
例如，在一些特殊环境中，如太空探索、深海勘探等，计算机的在线运算面临着网络延迟、带宽限制等问题。
为了解决这一问题，我们进行了一项关于脱机运算器的实验。
实验目的：本实验旨在探索脱机运算器的原理和应用，以及评估其在特定环境下的性能。
实验设备：我们采用了一台由硬件实现的脱机运算器作为实验设备。
该设备由处理器、存储器、输入输出接口等组成，可以在无需网络连接的情况下进行运算。
实验步骤：1. 设计算法：我们首先设计了一个简单的算法，用于测试脱机运算器的性能。
该算法包括了加法、减法、乘法和除法等基本运算。
2. 编程实现：根据设计的算法，我们使用汇编语言编写了相应的程序，并将其加载到脱机运算器的存储器中。
3. 运行实验：我们对脱机运算器进行了一系列的运算实验。
通过输入指令，脱机运算器可以按照程序中的算法进行运算，并将结果输出到显示屏或存储器中。
实验结果：通过实验，我们得出了以下结论：1. 脱机运算器可以在无需网络连接的情况下进行高效的运算。
与在线运算相比，脱机运算器不受网络延迟和带宽限制的影响，具有更高的运算速度和稳定性。
2. 脱机运算器的存储能力有限。
由于设备体积和成本的限制，脱机运算器的存储器容量相对较小。
因此，在进行复杂的运算时，可能需要对数据进行分块处理或采用其他优化策略。
3. 脱机运算器在特殊环境下的应用潜力巨大。
由于其独立于网络的特性，脱机运算器可以应用于太空探索、深海勘探等领域，为科学研究和工程实践提供强大的计算支持。
讨论与展望：脱机运算器作为一种新兴的计算设备，具有广阔的应用前景。
未来，我们可以进一步改进脱机运算器的性能和功能，以满足更多领域的需求。
例如，可以增加存储器容量、优化算法设计、提高能耗效率等。
此外，脱机运算器的安全性也是一个重要的问题。
计算机组成原理实验1_脱机运算器
实验一．脱机运算器部件实验一、教学计算机的通电启动和关闭操作1.教学计算机系统通电启动的操作步骤：(1) 准备一台串行接口运行正常的PC机；(2) 将TH-union计原16放在实验台上，打开实验箱的盖子，确定电源处于断开状态；(3) 将黑色的电源线一端接220V交流电源，另一端插在计原16实验箱的电源插座；(4) 取出通讯线，将通讯线的9芯插头接在计原16实验箱后板上左侧位置的串口插座，另一端接到PC机的串口上；(5) 将计原16实验系统左下方的五个黑色的功能控制开关置于00010的位置（连续、内存读指令、微程序、联机、16位），开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”；(6) 接通电源，船形开关和5V电源指示灯亮。
(7) 在PC机上运行PCEC16.EXE文件，根据使用的PC机的串口情况选“1”或“2”，其它的设置一般不用改动,直接回车即可。
(具体步骤附后)(8) 按一下“RESET”按键,再按一下“START”按键，PC机屏幕上显示：TH-union CRT MONITORVersion 1.0 April 2001Computer Architectur Lab.， Tsinghua UniversityProgrammed by He Jia>这个版权信息显示出来之后，表示教学机已经进入正常运行状态，等待输入监控命令。
实验注意事项：1.连接电源线和通讯线前TH-union计原16实验系统的电源开关一定要处于断开状态，否则可能损坏教学计算机系统的或PC机的串行接口电路；2.五个黑色控制开关的功能示意图如下：开关位置，自左向右共5个，分别控制1 2 3 4 5向上拨：单步手工拨指令组合逻辑运算器联机 8位向上拨：连续读内存指令微程序运算器脱机 16位几种常用的工作方式，（开关向上拨表示为1，向下拨表示0）工作方式功能开关状态连续运行程序、硬连线控制器、联机、16位机 00110连续运行程序、微程序控制器、联机、16位机 00010单步、手拨指令、硬连线控制器、联机、16位机 11110单步、手拨指令、微程序控制器、联机、16位机 11010单步、脱机运算器实验、16位机 100002.关闭教学计算机系统在需要关闭教学计算机系统时，应首先通过安装在机箱右侧板上的开关关闭交流电源，教学机上的全部指示灯都会熄灭。
实验二-脱机运算器实验
实验二-脱机运算器实验(总3页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--2计算机学院软件工程 专业< >班 学号：姓名 协作者 教师评定 实验题目 脱机运算器实验一、实验目的：1、深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；2、深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识二、实验设备与器材：TEC-XP+教学实验系统三、实验说明和原理：脱机运算器实验，是指让运算器从数学计算机整机中脱离出来，此时，他的全部控制与操作均需通过两个12位的卫星开关来完成，这就谈不上执行指令，只能通过开关，案件控制数学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算器结果。
下面先把前边几讲过的，与该实验直接有关的结论性内容汇总如下。
1、12位微型开关的具体控制功能分配如下：A 口，B 口地址：送给AM2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号： I8-I0：选择操作数来源，运算操作功能，选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制码：SCI 、SSH 和SST ：用于确定运算器最低位的进位输入，移位信号的入/出和怎样处理AM2901产生的状态标志位的结果。
2、开关位置说明：做脱机运算器实验时，要用到提供24位控制信号的微动开关和提供16位数据的拔动开关。
微动开关是红色的，一共有三个，一个微动开关可以提供12位的控制信号，三个开关分别标有SW1 micro switch1和SW2 micro switch 和SW3 micro switch ，他们所对应的控制信号见下表；数据开关是黑色的，左边的标有SWH 的是高8位：右边的标有SWL 的是低8位。
微动开关与控制信号对应关系见表：微动开关与控制信号对应关系表3、开关检测红色微动开关是该实验系统使用寿命最短的器件，开关好坏的检测方法比较简单，用户将五个控制机器工作方式的开关置于“1XX00”，从左面其第二个和第三个的开关处于任意位置，然后将两个未动开关上的24小纽子依次置为1（开关拨到上方为1），看对应的指示灯是否亮，如果有一个或数个指示灯不亮，则一般是开关出了问题。
实验一 脱机运算器实验
实验一脱机运算器实验实验说明：脱机运算器实验，是指让运算器从教学计算机整机中脱离出来，此时，它的全部控制与操作均需通过实验设备上的微型开关来完成，这里谈不上执行指令，只能通过开关、按键控制教学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算结果。
一、实验目的:了解AM2901运算器的功能与具体用法，深化对运算器部件的组成、设计、控制与使用的理解。
二、实验准备:1.熟悉按键:START，RESET的位置。
2.熟悉拨动开关:SWH7-0，SWL7-0的位置，这是输入立即数D的开关，拨动这些开关，熟悉与之对应的指示灯。
3.熟悉红色的拨动开关micro switch1和micro switch2的位置，熟悉与之对应的指示灯，这些开关是向运算器提供控制信号的。
4.找到指示灯Y0-Y7，Y8-Y15，C Z V S 和Cy Zr Ov F3的位置。
5.准备好实验报告，并根据各操作设计各控制码，A、B地址填入表格。
三、实验内容:1.将5个工作方式选择开关置为1xx00(单步、16位、脱机)按一下”RESET”，再按一下”START”键，进行初始化。
2.完成步骤1:拨动micro switch开关向运算器提供控制信号，拨动SWH7-0，SWL7-0开关向运算器提供数据，然后按下”START”键，完成一步操作，通过指示灯观察运算结果及状态标志，填写表格，注意表格中第一列填写字母比如F→ B，第二列填写二进制数比如001。
的值在压START之前是正确的，压START之后却不正确了，这是因为一旦控制信号建立，数据准备好后，运算结果就直接出现在Y15-Y0，出现在通用寄存器的输入端压下START键使数据存入寄存器，此时控制信号仍然存在，新数据所产生的运算结果又直接反映在Y15-Y0端。
3.依次完成下列步骤，并填写表格在这个步骤中，先将R1置为0008H，采用前面D1+0→R1的方法四、实验报告1.实验名称2.实验目的3.实验过程、实验内容及实验结果记录4.总结。
脱机运算器实验
运算器组成线路和信息连接关系
FtoIB CZVS RAM15 Q015 Am2901-3 FLAG AR15~8 AR7~0
Am2901-2
Am2901-1
ALU 结果指示灯
Am2901-0 ALUtoIB RAM0 Q0 Cin ALUtoIB
内部总线IB
脱机运算器实验的环境
脱离与计算机主机的连接 数据开关拨入参加运算的数据； 微型开关提供操作运算器运行必需控制信号； 信号指示灯观察运算结果。 最低位的进位输入信号Cin和左右移位输入信号RAM0、Q0、RAM15、 Q15由MACH内部SHIFT线路提供。
Ｃ Ｚ Ｖ Ｓ 四个标志位的值保持不变 ＣY F=0 OVR F15 接收ALU的标志位输出的值 内部总线对应的一位 恢复标志位原来的现场值 ０ Ｚ Ｖ Ｓ 置"0"C, 另三个标志位不变 １ Ｚ Ｖ Ｓ 置"1"C, 另三个标志位不变 RAM0 Ｚ Ｖ Ｓ 右移,另三个标志位不变 RAM15Ｚ Ｖ Ｓ 左移,另三个标志位不变 Ｑ0 Ｚ Ｖ S 联合右移,另三个标志位不变
• 运算器是计算机硬件系统传统的5大功能部 件之一，承担执行运算和暂存运算数据的功能。 • 组成： ALU线路（执行算术逻辑运算功能）、 通用寄存器组（暂存参加ALU运算的数据和中间运 算结果）、专用寄存器（支持乘除法运算）三部 分。 • 三个部分之间通过多路选择器线路实现连接，从 而构成一个完整的运算器部件。
Am2901芯片的管脚信号
数据类型信号：4位数据输入(D3-D0)，4位数据输出(Y3-Y0)， 最低位进位输入信号(Cn)，4个标志位输出信号 (F3,OVR,F=0000,Cn+4)， 通用寄存器最高/低位移位入出信号(RAM3,RAM0)，Q寄存器最高、最低位移位入 出信号(Q3,Q0)，用于并行进位的2个信号(/G,/P)。共19位。 控制类型信号：主脉冲信号(CP)，输出使能信号(/OE)，两个4位的寄存器选择信号 (A3-A0,B3-B0)，选择ALU数据来源，运算功能，结果处置的信号各3位(I8-I0)。
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实验一．脱机运算器部件实验一、教学计算机的通电启动和关闭操作1.教学计算机系统通电启动的操作步骤：(1) 准备一台串行接口运行正常的PC机；(2) 将TH-union计原16放在实验台上，打开实验箱的盖子，确定电源处于断开状态；(3) 将黑色的电源线一端接220V交流电源，另一端插在计原16实验箱的电源插座；(4) 取出通讯线，将通讯线的9芯插头接在计原16实验箱后板上左侧位置的串口插座，另一端接到PC机的串口上；(5) 将计原16实验系统左下方的五个黑色的功能控制开关置于00010的位置（连续、内存读指令、微程序、联机、16位），开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”；(6) 接通电源，船形开关和5V电源指示灯亮。
(7) 在PC机上运行PCEC16.EXE文件，根据使用的PC机的串口情况选“1”或“2”，其它的设置一般不用改动,直接回车即可。
(具体步骤附后)(8) 按一下“RESET”按键,再按一下“START”按键，PC机屏幕上显示：TH-union CRT MONITORVersion 1.0 April 2001Computer Architectur Lab.， Tsinghua UniversityProgrammed by He Jia>这个版权信息显示出来之后，表示教学机已经进入正常运行状态，等待输入监控命令。
实验注意事项：1.连接电源线和通讯线前TH-union计原16实验系统的电源开关一定要处于断开状态，否则可能损坏教学计算机系统的或PC机的串行接口电路；2.五个黑色控制开关的功能示意图如下：开关位置，自左向右共5个，分别控制1 2 3 4 5向上拨：单步手工拨指令组合逻辑运算器联机 8位向上拨：连续读内存指令微程序运算器脱机 16位几种常用的工作方式，（开关向上拨表示为1，向下拨表示0）工作方式功能开关状态连续运行程序、硬连线控制器、联机、16位机 00110连续运行程序、微程序控制器、联机、16位机 00010单步、手拨指令、硬连线控制器、联机、16位机 11110单步、手拨指令、微程序控制器、联机、16位机 11010单步、脱机运算器实验、16位机 100002.关闭教学计算机系统在需要关闭教学计算机系统时，应首先通过安装在机箱右侧板上的开关关闭交流电源，教学机上的全部指示灯都会熄灭。
（在需要时，还可以拨掉交流电源连线，断开教学计算机和PC机的串行接口连线），收拾好实验设备并盖好机箱的箱盖。
3.运行仿真终端程序的操作步骤：1.在PC机上建一个文件夹TH-union计原16（若原来已有则不必重建）；2.若PCEC16程序尚未拷入，将其拷贝到在用户硬盘中刚建的文件夹里；3.双击PCEC16图标，出现如图所示的界面：4.选择使用的PC机的串口（系统默认选择串口1），按回车键后出现如图界面5.图中是系统设定的一些传输参数，建议用户不要改动，直接回车。
接下来按一下“RESET”按钮，之后再按一下“START”按钮，出现如下界面6.此时表明TH-union计原16系统启动起来，进入正常运行状态。
软件操作注意事项：1．用户在选择串口时，选定的是PC机的串口1或串口2，而不是计原16机的串口。
2．如果在运行到第五步时没有出现应该出现的界面，需要检查是不是打开了两个PCEC16的窗口，若是，关掉其中一个再试；3．若有时计原16系统不能与PC机通讯，可重启PCEC16软件或重启PC机再试；二、教学计算机监控程序与汇编语言程序设计1.实验设备和运行环境教学计算机系统与PC已经通过串行接口接连在一起，PC机系统已经运行仿真终端程序PCEC16，教学计算机主板上的5个功能开关处于正常位置（下、下、下、上、下），教学机已经通电并启动运行，处于等待接收监控命令的状态。
2.实验目的、实验步骤和内容2.1实验目的（1）了解教学机监控程序的功能、监控命令的用法，会正确操作和运行教学计算机。
（2）了解教学计算机的指令格式、指令编码、寻址方式和每一条指令的功能；（3）了解汇编语言语句与机器指令之间的对应关系，学习用汇编语言设计程序的过程和方法。
2.2实验具体步骤和内容实验具体内容（1）体验监控程序的功能，学习使用监控命令操作和运行教学计算机。
包括：①用A命令建立用户的源程序，用U命令对刚建立的用户程序执行反汇编，分别用G、T、P三个命令运行已建立的用户程序，查看不同的运行效果。
在PC机屏幕上显示数字符6。
A 2000↙；把数字符‘6’的ASCII码送入R0寄存器MVRDR0,3680 ；通过串行接口显示R0的内容到PC机的屏幕OUTJR 2000 ；实现重复显示RET ；程序结束U 2000↙G 2000↙显示如下：666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666此程序是‘死循环’，要通过重新启动教学计算机结束。
②用E命令向内存多个单元写入一批数据，用D命令查看写入的结果。
E 2100↙连续输入16进制的数据时，要用空格键结束每一个字的输入，按回车键结束E命令D 2100↙显示从2100单元开始的一段内存区的内容③用R命令修改与查看各寄存器的内容和状态信息。
R R2↙用于修改寄存器R2的内容R ↙显示16个寄存器的内容④用连续的U命令查看教学机的监控程序的内容，用D命令查看监控程序结尾处的数据区的内容。
U 0000↙U↙D 087E↙D↙（2）在教学计算机上设计并调试、运行几个小的简单的汇编程序。
例1：设计一个小程序, 从键盘上接收一个字符并显示到屏幕上。
<1>在命令行提示符状态下输入：A 2000↙；屏幕将显示：2000：输入如下形式的程序：2000: IN 81 ；判键盘上是否按了一个键2001：SHR R0 ；即串行口是否有了输入的字符2002：SHR R0 ；2003：JRNC 2000 ；未输入完则循环测试2004：IN 80 ；接收该字符2005: OUT 80 ；在屏幕上输出输入的字符2006: RET ；每个用户程序都必须用RET指令结束2007：；（按回车键即结束输入过程）注：在十六位机中，基本I/O接口的地址是确定的，数据口的地址为80，状态口的地址为81。
<2>用“G”命令运行程序在命令行提示符状态下输入：G 2000↙执行上面输入的程序光标闪烁等待输入，用户从键盘键入字符后，屏幕会显示该字符。
该例建立了一个从主存2000H地址开始的小程序。
在这种方式下，所有的数字都约定使用16进制数，数字后不用跟字符H。
用户程序的最后一个语句一定为RET汇编语句。
因为监控程序是选用类似子程序调用方式使实验者的程序投入运行的,只有用RET语句结束，才能保证程序运行结束后能正确返回到监控程序的断点，保证监控程序能继续控制教学机的运行过程。
例子2: 计算1到10的累加和。
<1>用A 2020命令建立入下一个小程序2020:MVRD R1,0000 ；置累加和的初值为0MVRD R2,00OA ；最大的加数MVRD R3,0000 ；2026:INC R3 ；得到下一个参加累加的数ADD R1,R3 ；累加计算CMP R3,R2 ；判是否累加完JRNZ 2026 ；未完, 开始下一轮累加RET<2>用G 2020命令运行这个程序，观察计算结果。
R1的内容为累加和运行过后,也可以用R命令观察计算结果。
结果为：R1=0037 R2=00OA R3=00OA例子3：设计一个程序在显示器屏幕上循环显示95个（包括空格字符）可打印字符。
<1>在命令行提示符状态下输入：A 2040↙屏幕将显示：2040：从地址2040H开始输入下列程序：A 2040 ；从内存的2040单元开始建立用户的第一个程序2040: MVRD R1,7E ；向寄存器R1传送立即数2042: MVRD R0,20 ；2044: OUT 80 ；通过串行接口输出R0低位字节内容到显示器屏幕2045: PUSH R0 ；保存R0寄存器的内容到堆栈中2046: IN 81 ；读串行接口的状态寄存器的内容2047: SHR R0 ；R0的内容右移一位，最低位的值移入标志位C2048: JRNC 2046 ；条件转移指令，标志位C不是1就转到2046地址2049: POP R0 ；从堆栈中恢复R0寄存器的原内容204A: CMP R0,R1 ；比较两个寄存器的内容相同否，相同则标志位Z=1204B: JRZ 2040 ；条件转移指令，当Z为1时转到20040地址204C: INC R0 ；把R0寄存器的内容增加1204E: JR 2044 ；无条件转移指令，一定转移到2044地址204F: RET ；程序结束<2> 在命令行提示符状态下输入：G 2040↙运行过后，可以观察到显示器上会循环显示出所有可打印的字符。
上述例子，都是用监控程序的A命令完成输入源汇编程序的。
在涉及到汇编语句标号的地方, 不能用符号表示，只能在指令中使用绝对地址。
使用内存中的数据，也由程序员给出数据在内存中的绝对地址。
显而易见，对这样的极短小程序矛盾并不突出，但很容易想到，对很大的程序，一定会有较大的困难。
三、脱机运算器部件实验1.实验设备和运行环境教学计算机的运算器部件主体部分由4片4位长度的位片结构的运算器芯片Am2901组成，其组成线路和信息连接关系如下两张图所示。
脱机实验是指把运算器部件从计算机系统中孤立出来，用数据开关提供外部的数据，用微型开关提供控制它运行的控制信号，通过指示灯察看其运行结果。
因此，此时必须把联机/脱机的功能开关拨为脱机，标志位控制SST信号应拨为001码。
IB运算器用到的3组3位的控制信号和对应的功能 最低位进位和移位信号2. 实验目的和说明、实验具体步骤和内容2.1 实验目的和说明（1）理解4位的运算器芯片Am2901的功能和内部组成；（2）理解运算器运行中使用的控制信号及其各自的控制作用；（3）理解教学计算机的运算器部件的运行过程和运算结果。
脱机运算器实验，是指让运算器从教学计算机整机中脱离出来，此时，它的全部控制与操作均需通过三个12位的微型开关来完成，这就谈不上执行指令，只能通过开关、按键控制教学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算结果。
下面先把前边讲过的、与该实验直接有关的结论性内容汇总如下。
（1）． 12位微型开关的具体控制功能分配如下：A 口、B 口地址：送给AM2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号；I8-I0：选择操作数来源、运算操作功能、选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制码；SCI 、SSH 和SST ：用于确定运算器最低位的进位输入、移位信号的入/出和怎样处理AM2901产生的状态标志位的结果。