脱机运算器实验共20页文档
实验报告_运算器实验
实验报告_运算器实验一、实验目的本次运算器实验的主要目的是深入了解运算器的工作原理和功能，通过实际操作和观察，掌握其基本运算逻辑和数据处理过程，培养对计算机硬件系统的理解和实践能力。
二、实验设备本次实验所使用的设备包括计算机一台、相关的实验软件以及连接线路等。
三、实验原理运算器是计算机的核心部件之一，它负责执行各种算术和逻辑运算。
其基本组成包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据总线等。
算术逻辑单元（ALU）是运算器的核心，能够进行加法、减法、乘法、除法等算术运算，以及与、或、非等逻辑运算。
寄存器用于暂时存储参与运算的数据和运算结果。
数据总线则用于在各个部件之间传输数据。
在运算过程中，数据从寄存器通过数据总线传输到ALU 进行运算，运算结果再通过数据总线存储回寄存器或传输到其他部件。
四、实验内容与步骤（一）实验内容1、进行简单的算术运算，如加法、减法、乘法和除法。
2、执行逻辑运算，包括与、或、非操作。
3、观察运算结果在寄存器和数据总线上的传输和存储过程。
（二）实验步骤1、打开实验软件，连接好实验设备。
2、选择要进行的运算类型，如加法运算。
3、在相应的输入框中输入两个操作数。
4、点击“计算”按钮，观察运算结果在寄存器中的显示。
5、重复上述步骤，进行其他类型的运算。
五、实验结果与分析（一）实验结果1、加法运算：当输入操作数分别为 5 和 3 时，运算结果为 8，准确无误。
2、减法运算：输入 8 和 3，结果为 5，符合预期。
3、乘法运算：输入 2 和 4，得到结果 8，正确。
4、除法运算：输入 10 和 2，结果为 5，无差错。
5、逻辑运算：与运算：输入 1010 和 1100，结果为 1000。
或运算：输入 0101 和 1010，结果为 1111。
非运算：输入 1010，结果为 0101。
（二）结果分析通过对实验结果的观察和分析，可以得出以下结论：1、运算器能够准确地执行各种算术和逻辑运算，结果符合预期。
实验二 运算器实验
南京工程学院计算机工程学院计算机组成与结构实验报告书实验学生班级 K网络工程121实验学生姓名王云峰学号 240121525实验地点信息楼A115实验二运算器实验同组同学李翔240121515（合作小组朱赛杰240121533）实验日期 11月27日实验仪器号 TEC-XP+14S022一、实验目的1．加深对Am2901运算器内部组成的了解, 掌握四片Am2901芯片间的连接关系, 以及它与有关外部逻辑电路的连接关系。
2．准确把握该运算器的控制与使用, 即掌握其运算与操作功能, 以及正确地为其提供全部控制信号及有关数据的手段与技术。
3．初步了解运算器在计算机整机中的作用。
二、实验内容1．脱机方式下运算器的控制及运行设计控制信号序列，在脱机方式实现给定程序段的功能。
记录按压START 前后的ALU的运算结果和状态标志。
2．联机方式下运算器的控制及运行在联机方式下，汇编并单步执行给定程序段，查看并记录每条指令执行后的运行结果。
使用指令的单步骤执行方式，观察与运算器相关的控制信号的状态。
三、实验步骤与结果脱机的运算器实验，在教学实验中实现如下7项操作功能：预期功能实现方案R0 ←1234 数据开关拨1234，B地址给0，D+0，结果送B口选的R0R9 ←789F 数据开关拨789F，B地址给9，D+0，结果送B口选的R9 R9 ←R9-R0 B地址9，A地址给0，最低位进位给1，B-A，结果送B 口选的R9R0 ←R0+1 B地址给0，最低位进位给1，B+0，结果送B口选的R0 R10←R0 B地址给A，A地址给0，A+0，结果送B口选的R10逻辑右移在有了预期功能和实现方案之后，要解决的具体问题，就是依据教学计算机的简明操作卡中的有关表格中规定的内容，找出实现每一操作功能要用到的控制码。
请把表2-3中各组控制信号的正确的取值填写在相应位置，然后把运行结果的状态信息填入表2-4。
思考题：执行R0+1时，为什么输出Y15-Y0为1234，而不是1235？左右移位时，是通用寄存器本身移位，还是它与Q寄存器联合移位是怎么区分的？最高、最低位的移位输入信号是怎么给出的？C在移位中有什么作用？联机的运算器实验，改用教学计算机的指令实现上述脱机运算器实验完成的功能。
运算器实验实验报告
运算器实验实验报告一、实验目的运算器是计算机中进行算术和逻辑运算的部件，本次实验的目的在于深入理解运算器的工作原理，掌握其基本结构和功能，并通过实际操作和测试，提高对计算机硬件系统的认识和实践能力。
二、实验设备本次实验所使用的设备包括：计算机、数字逻辑实验箱、导线若干等。
三、实验原理运算器主要由算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据通路和控制逻辑等组成。
ALU 是运算器的核心部件，能够执行加法、减法、乘法、除法等算术运算以及与、或、非等逻辑运算。
寄存器用于存储参与运算的数据和运算结果，数据通路负责在各部件之间传输数据，控制逻辑则根据指令控制运算器的操作。
在本次实验中，我们采用数字逻辑电路来构建运算器的基本功能单元，并通过连线和设置控制信号来实现不同的运算操作。
四、实验内容1、算术运算实验（1）加法运算首先，将两个 8 位二进制数分别输入到两个寄存器中，然后通过控制信号使 ALU 执行加法运算，将结果存储在另一个寄存器中，并通过数码管显示出来。
通过改变输入的数值，多次进行加法运算，观察结果是否正确。
（2）减法运算与加法运算类似，将两个 8 位二进制数输入到寄存器中，使 ALU 执行减法运算，观察结果的正确性。
2、逻辑运算实验（1）与运算输入两个 8 位二进制数，控制 ALU 进行与运算，查看结果。
（2）或运算同样输入两个 8 位二进制数，进行或运算并验证结果。
（3）非运算对一个 8 位二进制数进行非运算，观察输出结果。
3、移位运算实验（1）逻辑左移将一个 8 位二进制数进行逻辑左移操作，观察移位后的结果。
（2）逻辑右移执行逻辑右移操作，对比移位前后的数据。
五、实验步骤1、连接实验设备按照实验箱的说明书，将计算机与数字逻辑实验箱正确连接，并接通电源。
2、构建电路根据实验要求，使用导线将数字逻辑芯片连接起来，构建运算器的电路结构。
3、输入数据通过实验箱上的开关或按键，将待运算的数据输入到相应的寄存器中。
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。
运算器实验报告--孔锐-16281132-1
脱机运算器实验报告理论课教师姓名：高金山实验指导教师：坐位号：54 姓名：孔锐学号：16281132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、控制与使用等知识实验内容：运算器实验（2）实验步骤将教学机左下方的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。
接下来，按下表所列的操作在机器上进行运算器脱机实验，将结果填入表中：实验结果分析：在做实验分析之前，先把与该实验相关的有关总结性内容展示如下：1、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。
（1）12位的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，运算操作数功能，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：（3）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位数据的拨动开关，微动开关有三个一个可以提供12位的控制信号三个开关分别标有SW1-micro-switch、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(4)开关检测红色微动开关是该实验系统中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”。
二、结果分析，先给出各个表：由上表可知，所做的实验则是对数据的存放，自加，移位，不同存储器之间的相加相减等，实验中，各个数据的均为16进制显示，有4个4位LED灯显示信号，分析：此指令要完成的目的是将FFFF赋给R0.B口对应R0，且地址为0000；只有R0一个值，所以A口不用。
实验1：脱机运算器实验(实验介绍版)
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。
基本操作包括加、减、乘、除四则算术运算，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 寄存器为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 。
运算器实验实验报告(计算机组成原理)
运算器实验实验报告（计算机组成原理）西安财经学院信息学院《计算机组成原理》实验报告实验名称运算器实验实验室实验楼 418实验日期第一部分8 位算术逻辑运算实验一、实验目的 1、掌握算术逻辑运算器单元 ALU（74LS181）的工作原理。
2、掌握简单运算器的数据传送通路组成原理。
3、验证算术逻辑运算功能发生器 74LSl8l 的组合功能。
4、按给定数据，完成实验指导书中的算术／逻辑运算。
二、实验内容 1 、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图 1－1 所示。
其中运算器由两片 74LS181以并/串形成 8 位字长的 ALU 构成。
运算器的输出经过一个三态门 74LS245(U33)到内部数据总线 BUSD0～D7 插座 BUS1～2 中的任一个（跳线器JA3 为高阻时为不接通），内部数据总线通过 LZD0～LZD7 显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器 74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至内部总线BUS，实验时通过 8 芯排线连至外部数据总线 E_D0～D7 插座E_J1～E_J3 中的任一个；参与运算的数据来自于 8 位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门 74LS245（U51）直接连至外部数据总线 E_D0～E_D7，通过数据开关输入的数据由 LD0～LD7 显示。
图 1-1 中算术逻辑运算功能发生器 74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M 并行相连后连至 6 位功能开关，以手动方式用二进制开关 S3、S2、S1、S0、CN、M 来模拟74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号 LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`以手动方式用二进制开关 LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB 来模拟，这几个信号姓名学号班级年级指导教师李芳有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB`、SWB`为低电平有效，LDDR1、LDDR2 为高电平有效。
!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 ”。
脱机运算器实验指导
脱机运算器实验指导实验一脱机运算器实验一、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、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作。
运算器的组成除了必须的ALU单元外，寄存器和移位器也是必需。
寄存器用于提供操作数和存放运算结果，以节省访存时间;移位器可实现数据的移位功能，以扩展ALU的运算功能和数据传送的灵活性。
美国AMD公司生产的AM2901芯片是典型的运算器芯片。
1、AM2901的结构与组成AM2901芯片是一个4位的，位片结构的、完整的运算器器件。
AM2901由ALU、输入多路选择器、输出选择门、寄存器组和移位器等器件组成，如图1-1所示，作为教学内容的实例具有很好的典型性。
2、AM2901各组成部分及其功能图1-1 AM2901芯片的内部组成框图1)ALU 为4位算术逻辑单元，有8种运算功能，由外部送入3位信号I5，I4，I3的编码值来确定执行哪种功能。
2)存器组:AM2901具有由16个4位寄存器组成的寄存器组，作为通用寄存器组使用。
该寄存器组有两个4位地址译码器A和B，其中A译码器只具有读出数据功能，而B译码器具有读出和写入两种功能。
也就是说，该寄存器组具有两个数据输出端口，即A口和B口，输出的数据分别存入锁存器A和B;一个数据输入端口，即B口。
3)寄存器 :4位，在乘除运算中可用来存放乘数或商，故称做乘商寄存器。
它本身具有移位功能，即可接受其本身左移一位或右移一位的值，它还可以接收ALU的输出值。
4)输入多路选择器 :AM2901具有两个输入多路选择器R和S，用于为ALU提供两个操作数。
其中，R可选择D数据线来的数据或A锁存器的数据;而S可从A锁存器、B锁存器、Q 寄存器3个来源选取数据。
两个操作数的组合由外部送来的3位控制信号I2、I1、I0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。
运算器实验报告
运算器实验报告运算器实验报告实验目的：掌握运算器的基本原理和工作方式，了解二进制运算器的组成和运算方法。
实验仪器：数字逻辑实验箱、数字通用计算机（8051微处理器）。
实验原理：运算器是计算机中的核心部件，用于进行算术和逻辑运算。
它由控制器、运算单元和存储器组成，可以实现加、减、乘、除等运算。
实验步骤：1. 将运算器的控制器、运算单元和存储器分别连接起来，并与计算机相连。
2. 输入两个二进制数A和B，将它们存入存储器中。
3. 根据运算需求，设置控制器的工作状态，选择相应的运算模式。
4. 控制器将A和B送入运算单元，运算单元根据控制信号进行运算。
5. 运算结果输出到存储器中，供后续操作使用。
实验结果：本次实验中，我选择了加法运算作为示范。
首先输入两个二进制数0101和0011，将它们存入存储器中。
然后设置控制器的工作状态，选择加法运算模式。
运算单元接收到输入信号后，按照加法运算的规则进行计算。
最后，运算结果0110被存入存储器中。
实验分析：通过本次实验，我成功完成了运算器的搭建和使用，并实现了加法运算。
运算器的工作原理和基本操作方法有了更深入的理解。
在实验中，我发现运算器的速度非常快，能够在瞬间完成大量的运算操作。
这使得计算机能够以极高的效率进行数据处理，大大提高了工作效率。
实验总结：通过本次实验，我对运算器的工作原理和使用方法有了更深入的了解。
运算器是计算机的核心部件，是实现算术和逻辑运算的关键。
在今后的学习和工作中，我会继续深入研究运算器的相关知识，不断提高自己的运算能力。
此外，我还会学习其他计算机组成原理的知识，加深对计算机工作原理的整体认识。
为了能更好地应对未来的挑战，我会持续努力学习和提高自己的技能水平。
实验二脱机运算器实验实验解读
实验二脱机运算器实验实验目的深入了解AM2901运算器的功能与具体用法，2片AM2901的级连方式：深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识．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，它的全部控制信号均需通过两个12位的微型开关来提供，这就谈不上执行指令，只能通过开关、按键等控制教学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示订观察运算结果．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．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；I0—I8：选择操作数来源、运算操作功能、选操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制：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．最低位的移位输入信号Cin：状态寄存器的接收与保持最高、最低位的移位输入信号的形成逻辑注：表中的X表示不必处理、不必过问该位的取值；当通用寄存器本身移位时，Q寄存器不受影响；乘除运算要求实现通用寄存器与Q寄存器联合移位、没有Q寄存器单独移位功能．实验内容1．选择运算器要完成的一项运算功能，包括数据来源，运算功能，结果保存等；2．将实验台上两个红色的微型开关左边的短路子的任意一个或两个短接：将三个控制开关置成1XX(即处于单步状态)；先同时按下“RESET”和“STEP”按键，松开后再按一下“STEP”按键，进行初始化．3．通过两个12位的红色微型开关向运算器提供控制信号，必要时通过8位数据开关向运算器提供数据．4，每按一次“STEP”键，结束一步操作，通过指示灯观察运算结果及状态标志。
观察ALU的运算结果应在按STEP键之前，观察标志寄存器结果在按STEP键之后。
5。
接下来，按下表所列的操作在八位机上进行运算器脱机实验，其中Dl取值为01H，D2取值为10H，将结果填入表中：实验要求1.实验之前认真预习，写出预习报告，包括操作步骤，实验过程所用数据和运行结果等，否则实验效率会很低，所学到的内容也会大受影响；2.实验过程当中，要仔细进行，防止损坏设备，分析可能遇到的各种现象，判断结果是否正确，记录运行结果；3.实验之后，认真写出实验作业报告，包括对遇到的各种现象的分折，实验步骤和实验结果，自己在这次实验的心得体会与收获等．参考答案。
运算器实验报告
运算器实验报告
运算器实验报告是指将实验过程中使用的运算器的各项性能参数和结果，以文字、图表等形式详细记录下来，以便更好地了解其特性和性能。
一般来说，运算器实验报告应包括以下几个方面：
1. 实验仪器和材料：记录所使用的运算器型号，操作系统，机器配置，以及其他相关设备和材料。
2. 实验目的：记录实验的目的，即要测量运算器的哪些性能参数。
3. 实验环境：记录实验所处的环境，如室温，湿度等。
4. 实验步骤：记录实验的执行步骤，如加/减法测试，乘/除法测试，浮点数测试，内存读写测试等。
5. 实验数据：记录实验得到的数据，如加减法耗时，乘除法耗时，浮点数运算速度，内存读取速度等。
6. 实验结论：根据实验得到的数据，对运算器的性能进行总结和分析，并得出实验结论。
实验二 运算器实验
表2-4 最低进位Cin控制信号SCI SCI 0 0 1 1 0 1 0 1 Cin 0 1 C TCLK2 方波 典型指令 ADD、DEC INC、SUB ADC、SBB 本实验中不使用
表2-5 移位状态控制信号SSH SSH 0 0 1 1 0 1 0 1 左移 RAM0 0 C Q3 * Q0 * * F3 * 右移 RAM3 0 C CY F3⊕OV Q3 * * RAM0 RAM0 说明 补 0（逻辑左右移） 带进位移（循环移位） 带 Q 同时移位（乘除时） 补码右移
实验原理
图 2-1
Am2901 的数据通路
1、运算器数据通路
TEC-XP 教学机的运算器主要采用 4 片 Am2901 芯片级联组成，每片 Am2901 芯片实现 4 位运算，4 片芯片级联成 16 位的运算器。 Am2901 芯片的组成包括：1 个 4 位的算术逻辑单元 ALU、16 个 4 位的通用寄存器、1 个 4 位的乘商寄存器 Q 和若干个多路选择开关。Am2901 的数据通路如图 2-1 所示。 （1）算术逻辑单元 ALU ALU 有两个数据输入端 R 和 S。 R 端的数据来源有三个——寄存器 A、 数据线 D、 数值 0； S 端的数据来源有四个——寄存器 A、寄存器 B、乘商寄存器 Q、数值 0。在 RS 的各种组合 中除去没有意义的和重复的，只有 8 种有效的组合。ALU 的数据来源由控制信号 I2I1I0 决 定，其控制方式如表 2-1 所示。 ALU 可完成两个操作数的加、减、与、或、异或等多种操作，操作类型的控制有控制信 号 I5I4I3 决定，其控制方式如表 2-2 所示。ALU 若要实现乘除等其他运算，可使用串行算法 来完成。 ALU 的输出结果可保存到通用寄存器、乘商寄存器 Q，并且可以将其值乘除 2 之后再保 存，该过程控制由 I8I7I6 和 SSH 控制，其控制方式如表 2-3、表 2-5 所示。 ALU 根据其运算的结果会产生 4 个标志位——符号标志位 F3、零标志位 F=0、溢出标志 位 OVR 和进位标志位 Cn+4。ALU 运算后标志位设置可有多种不同的方式，其设置控制由 SST 控制信号决定，其控制方式如表 2-6 所示。 （2）通用寄存器组 Am2901 中的通用寄存器组是由 16 个寄存器构成， 具有双端口读写电路。 可以通过 A 口、 B 口输入的地址（4 位地址）选择寄存器，将其值送入 A、B 锁存器。其中 A 口地址指定的寄 存器是只读的，B 口地址指定的寄存器是可读写的。 A、 B 锁存器可作为 ALU 的输入数据， ALU 输出的结果值也可以保存到 B 口指定的寄存器 中，而且在写寄存器时，可以通过通用寄存器组入口处的三选一多路开关，选择写入 ALU 结果值，或其左移（乘 2） 、右移（除 2）之后的结果。 （3）乘商寄存器 乘商寄存器 Q 是为配合 ALU 的乘除运算而设置的。该寄存器输入端有三选一多路开关， 可选择 ALU 输出结果、 或乘商寄存器 Q 本身的内容作为其输入数据， 同时还可以将这两个输 入值左移（乘 2） 、右移（除 2）之后，再送入 Q 中。 （4）最低进位信号 Cin Am2901 的基本运算是加法电路， 其减法功能的实现是通过对减数求补而完成的。 因此， 在 ALU 运算时， 应使用 SCI 控制位设置最低进位信号 Cin 的状态， 具体控制方式见表 2-4。
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)。
实验二运算器实验报告
实验二运算器实验报告
实验二是运算器实验，旨在让我们了解计算机运算器的结构和工作原理。
在本次实验中，我们通过搭建运算器电路并进行验证，深入理解了运算器的运作过程，为我们今后学习和应用计算机原理打下了基础。
一、实验原理
运算器是计算机中重要的组成部分，用于实现各种算术和逻辑运算。
在本次实验中，我们首先学习了运算器的基本原理和功能，并了解了运算器中常用的逻辑门电路，如与门、或门、非门等。
接着，我们根据原理和逻辑门电路的特点，搭建了一个16位的运算器电路，并测试了电路的逻辑功能和运算准确性。
二、实验步骤
1. 搭建16位运算器电路，包括与门、或门、非门等逻辑电路。
2. 对搭建的运算器电路进行测试，如测试与门、或门、非门电路的逻辑输出是否正确。
3. 实现加法和减法运算功能，测试运算器的运算准确性。
4. 对搭建的运算器电路进行进一步优化，提高电路工作效率和运算速度。
三、实验结果
经过实验测试，我们成功搭建了一个16位的运算器电路，并对电路进行了多项测试和验证。
在逻辑输出方面，与门、或门、非门电路均能够正确输出逻辑值，验证了运算器电路的逻辑功能。
在加法和减法运算方面，运算器电路能够正确实现运算功能，并输出正确的运算结果，这表明运算器电路的运算准确性良好。
四、实验总结
通过本次实验，我们深入理解了计算机中运算器的工作原理和结构，掌握了运算器电路的搭建和运作方法，并初步掌握了在运算器上实现加法和减法运算的原理和方法。
此外，我们还了解了运算器电路的优化方法和技巧，提高了电路工作效率和运算速度。
这些知识和技能对我们今后学习和应用计算机原理具有重要的指导意义。
运算器部件试验(模拟器)
实验目的
• 深入了解AM2901 的功能和内部组成。 • 深入了解各个控制信号及作用 • 深入理解最低位的进位输入信号；最高、 最低位的移位输入信号；4个标志位
实验内容
• • • • • • • • R0 ← 34 R9 ← 78 R9 ← R9-R0 R0 ← R0+1 B R10← R0 R0逻辑左移 R9 ← R9^R9 Q ← R9
完成一பைடு நூலகம்运算
• A=00101100 • B=00110101 • 完成A*B • 完成B/A • 完整写出每一步操作。并记录
运算器部件脱机实验
技术说明
• 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， • 由执行算术逻辑运算功能的ALU 线路、 • 暂存参加ALU 运算的数据中间运算结果的 通用寄存器组 • 支持乘除法运算的专用寄存器三个部分之 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。
运算器实验
例如：选哪个(哪些)数据参加运算？执行何 种运算功能？对运算结果(值和特征)如何保存与 送出等； 又例如：要解决正确向运算器提供参加运算 数据的种种问题，包括从外部向运算器送入数据， 正确给出ALU最低位的进位信号，运算器左右移
位操作中的移位输入信号等。
因此，给出正确的数据来 源和正确的控制信号，运算
级联而成时，就构成一个8位的运算器部件；：在
用4片Am2901芯片级联而成时，就构成一个16位
的运算器部件。
教学机4片Am2901级联
TEC—2 实验计 算机系 统逻辑 线路图 （运算 器部分）
(4) 一组4位的三选一器件， 完成从ALU的输出结果， （5）一组4位的三选一器 ALU输出结果左移一位的 件，用于完成Q寄存器内 值，ALU输出结果右移一 容的左右移位，或接 位的值中选择其一，作为通 收 ALU的输出结果的操作功 用寄存器的写入信息，实现 的是通用寄存器接收及移位 能。在进行左右移位操作 功能。在左右移位时，其最 时，与通用寄存器移位类 高位和最低位可以送出或接 似 的 是 ， 这 里 存 在 Q3 和 收相应位的信息，图中用 Q0的双向传送问题。 RAM3和RAM0标记，它们 都是由能进行双向传送的三 态门电路完成送出和接收的；
(3) 一组4位的二选一 和4位的三选一器件， 分别用于组合外部送 来信息D，通用寄存器 组的双路读出信息A和 B，乘商寄存器Q的信 息 ， 以 形 成 ALU 的 两 路输入R和S的值；
控制ALU 的运算功 能选择
控制ALU的 R和S端口的 数据来源
寄存器结果 选择和Y输出 选择
为了帮助记忆，我们把运算器的 功能与组成概括为如下三句话：
计算机组成原理
------运算器实验
实验教程
运算器脱机实验
F
F3 F=0000 OVR Cn+4
A L U S R
Cin
B锁存器 B
A锁存器 16个 A
A口地址
B口地址
通用寄存器
（写入）
F
F3 F=0000 OVR Cn+4
A L U S R
Cin
第三个组成部分 是乘商寄存器Q 它能对自己的内 容完成左右移位 功能，其输出可 以送往ALU，并 可接收ALU的输 出结果。
计算机组成原理
实验介绍
试验平台
TEC-2实验计算机系统
清华大学计算机系研制
TEC-2实验计算机系统介绍
计算机
终端 PC机
二 路 串 行 接 口
主存储器 控制器
运算器
开关 指示灯
主要技术指标
1、机器字长为16位； 2、基本指令系统支持类PC机的64条指令，多种指令格 式，7种基本寻址方式； 3、安装了4kw的ROM,存放监控程序， 2kw的RAM,存放 用户程序和数据； 4、运算器由4片4位的位片结构的运算器件级联而成； 5、主机装有两个串行接口，能直接与计算机终端或PC 机相连； 6、主机通过一条50芯扁平电缆与一块通用面包板组成的 扩展实验盒相连； 7、TEC-2机上装有26个扭子开关，3个按钮微动开关、 16个发光二极管等；
通用寄存器
输出Y /OE
F3 F=0000 OVR
F
二选一
A L U S R 三选一 二选一
Cin
Cn+4
一组三选一门 完成把ALU的 输出、或左移 一位、或右移 一位的值送往 通用寄存器组 ，最高、最低 位移位信号有 双向入/出问题 一组三选一门 完成Q寄存器 的左移一位、 或右移一位、 或接收ALU输 出值的功能， 最高、最低位 移位信号有双 向入/出问题。