计算机组成原理实验报告.doc

《计算机组成与设计》实验报告年级、专业、班级 2011 级计科 6班 20115402 2011 级计科 6班 20115404 姓名杨春平朱大鹏实验题目基本运算器实验时间 2013 年 11月 13日实验地点主教 410 实验成绩实验性质□验证性□设计性□综合性教师评价: □算法/ 实验过程正确;□源程序/ 实验内容提交□程序结构/ 实验步骤合理; □实验结果正确; □语法、语义正确; □报告规范; 其他: 评价教师签名: 一、实验目的(1) 了解运算器的组成结构。(2) 掌握运算器的工作原理。二、实验项目内容运算器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(有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前,如 ARM ),各部件对操作数进行何种运算由控制信号 S3 … S0 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。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。 ALU 中所有模块集成在一片 CPLD 中。逻辑运算部件由逻辑门构成,较为简单,而后面又有专门的算术运算部件设计实验, 在此对这两个部件不再赘述。移位运算采用的是桶形移位器, 一般采用交叉开关矩阵来实现, 交叉开关的原理如图 1-1-2 所示。图中显示的是一个 4X4 的矩阵(系统中是一个 8X8 的矩阵)。每一个输入都通过开关与一个输出相连,把沿对角线的开关导通,就可实现移位功能,即: (1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能,将一条对角线的开关导通,这将所有的输入位与所使用的输出分别相连, 而没有同任何输入相连的则输出连接 0。(2) 对于循环右移功能, 右移对角线同互补的左移对角线一起激活。例如,在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环 1 位。(3) 对于未连接的输出位,移位时使用符号扩展或是 0 填充,具体由相应的指令控制。使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。运算器部件由一片 CPLD 实现。 ALU 的输入和输出通过三态门 74LS245 连到 CPU 内总线上, 另外还有指示灯标明进位标志 FC 和零标志 FZ 。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。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 1-1-3 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。 ALU 和外围电路的连接如图 1-1-4 所示,图中的小方框代表排针座。运算器的逻辑功能表如表 1-1-1 所示,其中 S3 S2 S1 为控制信号, FC 为进位标志, FZ 为运算器零标志, 表中功能栏内的 FC 、 FZ 表示当前运算会影响到该标志。三、实验过程或算法(源程序) (1) 按图 1-1-5 连接实验电路,并检查无误。图中将用户需要连接的信号用圆圈标明(其它实验相同)。(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, 如果听到有‘嘀’报警声, 说明有总线竞争现象, 应立即关闭电源, 重新检查接线, 直到错误排除。然后按动 CON 单元的 CLR 按钮, 将运算器的 A、 B和 FC 、 FZ 清零。(4) 用输入开关向暂存器 A 置数。①拨动 CON 单元的 SD27 … SD20 数据开关,形成二进制数 01100101 (或其它数值),数据显示亮为‘1’,灭为‘0’。②置 LDA=1 , LDB=0 , 连续按动时序单元的 ST 按钮, 产生一个 T4 上沿, 则将二进制数 01100101 置入暂存器 A 中,暂存器 A 的值通过 ALU 单元的 A7 … A0 八位 LED 灯显示。(5) 用输入开关向暂存器 B 置数。①拨动 CON 单元的 SD27 … SD20 数据开关,形成二进制数 10100111 (或其它数值)。②置 LDA=0 , LDB=1 , 连续按动时序单元的 ST 按钮, 产生一个 T4 上沿, 则将