!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 ”。

（4）记录实验数据并分析。

D11~D8 Y 15~Y12

Am 2902

Cn+z /G /P Cn+y /G /P Cn+x /G /P

OVR Q0

RAM 0 Cin

I 8~I0

B 地址

A 地址

/OE CP

Q15 RAM15 Cy

F15

D

D7~D4

D15~D12 Y3~Y0

Y7~Y4

Y 11~Y8

F=0

+5v

低位 Am2901

高位 Am2901

R

大连理工大学实验报告

学院（系）：电子信息与电气工程专业：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、实验操作步骤

(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)按预习报告实验内容（1）的操作在机器上进行脱机运算器实验。如：R0 ← 1234。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）。如：1234表示十六进制数，转化为二进制为0001 0010 0011 0100，在SW16位数据开关从左到右依次输入（0表示开关拨下去为低电平，1表示开关拨上去为高电平）。

(4)数据输入后将数据赋值给16位寄存器地址单元R0（如B地址给0），则需要用到两个12位的红色微型开关向运算器提供控制信号。将B端口对应的区域设置为0000，A 端口对应的区域关闭。

I2-0为111表示将操作数分别为0和所输入的数据。

I5-3为000表示将两个操作数相加。

I8-6为011表示将赋值结果输出并给B端口地址的寄存器单元保存（按“START”键之后）。

SST设置为001表示接受ALU的标志位输出的值

SSH SCI均置为00 00 无最低位进位。

此时输出信号灯Y15-0会显示0001 0010 0011 0100（0表示等灭，1表示灯亮），即1234H。

(5)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”。

(6)记录实验数据，并进行分析。

二、实验数据记录

预期功能

控制信号

I8-6 I5-3 I2-0 SST A地址B地址SCI SSH

R0←1234 011 000 111 001 0000 0000 00 00 R9←789F 011 000 111 001 0000 1001 00 00 R9←R9-R0 011 001 001 001 0000 1001 01 00 R0←R0+1 011 000 011 001 0000 0000 01 00 R10←R0 011 000 100 001 0000 1010 00 00 R9←R9ΛR0 011 100 001 001 0000 1001 00 00

功能

按START之前按START之后

Y15-0 C Z V S Y15-0 C Z V S

R0←1234 0001 0010 0011 0100 0 0 0 0 0001 0010 0011 0100 0 0 0 0

R9←789F 0111 1000 1001 1111 0 0 0 0 0111 1000 1001 1111 0 0 0 0

R9←R9-R0 0110 0110 0110 1011 0 0 0 0 0101 0100 0011 0111 1 0 0 0

R0←R0+1 0001 0010 0011 0101 1 0 0 0 0001 0010 0011 0110 0 0 0 0

R10←R0 0001 0010 0011 0101 0 0 0 0 0001 0010 0011 0101 0 0 0 0

R9←R9ΛR0 0000 0010 0010 0001 0 0 0 0 0000 0010 0010 0001 1 0 1 0

三、实验结果与分析

本实验可以用不同的方法来实现。但是，此次实验采用了PPT中建议的方式。

主要分析在按START之前和之后数据的状态。如操作R0 ← 1234：在初始化（RESET）并开始（START）之后，给B端口选一个单元地址R0（即，B=0000），并将1234H赋值给B，ALU执行R0←B（R0）+0运算并显示信号（0001 0010 0011 0100）。尽管如此，但运算器没有把操作结果存储在R0，只有当按下START后，才会将数据保存在R0中，此时因为另外的操作数为0，故ALU又执行了一遍R0←B（R0）+0后输出仍未改变。

又如R0←R0+1：按START前后ALU输出的值不一样了，原因在于按START之后R0保存了正确答案，但是此时ALU又执行了一遍R0←R0+1（如表按后输出加了1）。

如逻辑运算R9←R9ΛR0：由等幂律可知，R9ΛR0ΛR0=R9ΛR0，故即使在按START 之后，ALU输出仍然不变。

四、讨论、建议、质疑

运算器是计算机运算的核心，它通过接受来自控制器的控制信号来操作输入的数据，同时通过SST信号来控制它的标志输出，完成相应的反馈和运算。

通过学习它处理数据的原理，加深了对汇编语言运算的理解。但是此实验并没有反应出控制信号的原理，导致不能够很清楚的理解在做减法的时候为什么最低位需要进一，因为通过补码的运算算出的结果和实验结果有出入。如果了解了控制信号的原理，会更加深入了解运算的过程。