基本运算器实验报告

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姓名梁佳佳学号 2414100207专业班级 14级计算机(2) 实验日期成绩

实验题目:基本运算器实验

(1)了解运算器的组成结构。

(2)掌握运算器的工作原理。

(3)掌握数据的传送方式。

实验内容:

(1)完成实验指导书上的实验

(2)完成移位运算实验

(3)完成联机实验

实验原理及原理框图:

图1-1-1运算器原理图

运算器ALU部件由一片CPLD实现,内部含有三个独立运算部件,分别为算术、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,三个部件同时接受来自A和B的数据,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。运算器ALU的输入和输出都连到CPU内总线上。输出通过三态门74LS245(输出缓冲器)接到CPU内总线上,其中74LS245的控制信号线ALU_B低电平有效。

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。

暂存器A和暂存器B是用2片的74LS273组成。当LDA高电平,并且T4有上升沿时,把来自数据总线的数据打入暂存器A中;同样使LDB高电平,并且T4有上升沿时,把来自数据总线的数据打入暂存器B中。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1-1-2所示(以A0为例,其它相同)。

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。

图1-1-2 A0显示原理图

★请注意:实验箱上凡丝印标注有马蹄形标记‘’,表示这两根排针之间是连通的。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(时序单元的介绍见附录二),其余控制信号均由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。

实验步骤:

1、手动(脱机)实验

内容一、完成实验指导书上的实验

1)按实验框图连接好电路,根据实验要求,按下表连接好各个控制信号线信号定义接入数据开关位号信号定义接入数据开关位号

LDA SD11 S3 SD16

LDB SD10 S2 SD15

ALU_B SD17 S1 SD14

CN SD12 S0 SD13

2)将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单拍’档,开关KK1、KK3置为‘运行’档。3)打开电源开关,然后按动CON单元的CLR按钮,将运算器的暂存器A、B和FC、FZ 清零。

4)向暂存器A、B分别送数01100101B和10100111B

5)运算器ALU的S3、S2、S1、S0置为0010,运算器作“与”运算,置ALU_B=0

可以观察到数据总线LED显示灯显示的结果是 25 H。

6)运算器ALU的S3、S2、S1、S0置为1001,运算器作“加法”运算,置ALU_B=0 可以观察到数据总线LED显示灯显示的结果是 0C H。

7)再连续按动时序单元的ST按钮,产生一个T4上沿,此时观察进位标志FC灯的状态亮(亮/灭)、零标志FZ灯的状态灭(亮/灭)。

为什么?

答:因为运算时产生进位,所以FC灯亮,FZ灯只有运算结果为0时才会灯亮。

内容二、完成移位运算实验

1)保持电路连接图不变

2)将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单拍’档,开关KK1、KK3置为‘运行’档。3)打开电源开关,然后按动CON单元的CLR按钮,将运算器的暂存器A、B和FC、FZ 清零。

4)向暂存器A送数

二进制开关SD27…SD20作为数据输入,置 24 H(对应开关如下表)。

置各控制信号如下:

5)连续按动时序单元的ST按钮,产生一个T4上升沿,把数据送到暂存器A。

6)向暂存器B送数

二进制开关SD27…SD20作为数据输入,置 38 H(对应开关如下表)。

置各控制信号如下:

7)连续按动时序单元的ST按钮,产生一个T4上升沿,把数据送到暂存器B。

8)运算器ALU的功能设置,观察运算器的输出。

置各控制信号如下:

此时数据总线LED显示灯显示的结果为 24 H。

若置ALU-B为高电平此时数据总线LED显示灯显示的结果为灭。

为什么?

答:因为三态门ALU_B低电平有效,所以当ALU-B为高电平时,没有结果输出,则灯灭。

9)完成第4)步后将二进制开关SD27…SD20对应的数据设为99H, 暂存器A的内

容有变化没有?为什么?暂存器A内容为多少?

暂存器内容没有变化。因为暂存器A由控制信号LDA和脉冲信号T4共同决定,只

有当两个同时改变时,暂存器内容才会改变。暂存器A内容为11H.

内容三、联机实验

通过USB把实验箱和PC联接起来

1)保持实验箱电路连接图不变

2)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。进行内容二的手动操作,每按动一次ST按钮,数据通路图会有数据的流动,反映当前运算器所做的操作。数据通路图也会反映当前运算器所做的操作。(做好实验记录并分析实验结果)

答:二进制开关SD27-SD20作为数据输入,置为24 H,置控制信号LDA=1、LDB=0、ALU_B=1,连续按动时序单元的ST按钮,产生一个T4上升沿,就能看到数据经通道流向暂存器A。二进制开关SD27-SD20作为数据输入,置为38 H,置控制信号LDA=0、LDB=1、ALU_B=1,连续按动时序单元的ST按钮,产生一个T4上升沿,就能看到数据经通道流向暂存器B。然后置控制信号LDA=0、LDB=0、ALU_B=0,置开关S3S2S1S0=1001实现加法运算,按下ST按钮,经数据流动后可看到运算部件显示结果为5CH,与理论值相一致

3)重复上述操作并观察,并完成下表的内容。然后改变A、B的值,验证FC、FZ的锁

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