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  • 2021-07-20 02:40:26

    计算机组成原理实验1

    计算机组成原理实验1

    运算器(脱机)实验

    通过开关、按键控制教学机的运算器执行指定的运算功能,并通过指示灯观察运算结果。

    实验原理:

    为了控制Am2901运算器能够按照我们的意图完成预期的操作功能,就必须向其提供相应的控制信号和数据。

    控制信号包括

    1、 选择送入ALU的两路操作数据R和S的组合关系(实际来源)。 2、 选择ALU的八种运算功能中我们所要求的一种。这可通过提供三位功能选择码I5、

    I4、I3实现。

    3、 选择运算结果或有关数据以什么方式送往何处的处理方案,这主要通过通用寄存器

    组合和Q寄存器执不执行接收操作或位移操作,以及向芯片输出信息Y提供的是什么内容。这是通过I8、I7、I6三位结果选择码来控制三组选择门电路实现的。 外部数据包括

    1、 通过D接收外部送来的数据

    2、 应正确给出芯片的最低位进位输入信号Cn

    3、 关于左右移位操作过程中的RAM3、RAM0、Q3和Q0的处理。 4、 当执行通用寄存器组的读操作时,由外部送入的A地址选中的通用寄存器的内容送

    往A端口,由B地址选中的通用寄存器的内容送往B端口,B地址还用作通用寄存器的写汝控制。

    对于芯片的具体线路,需说明如下几点:

    1、 芯片结果输出信号的有无还受一个/OE(片选)信号的控制。

    2、 标志位F=0000为集电极开路输出,容易实现“线与”逻辑,此管脚需经过一个电阻

    接到+5V。

    3、 RAM3、RAM0、Q3和Q0均为双向三态逻辑,一定要与外部电路正确连接。 4、 通用寄存器组通过A端口、B端口读出内容的输出处均有锁存器线路支持。 5、 该芯片还有两个用于芯片间完成高速进位的输出信号/G和/P。

    6、 Am2901芯片要用一个CLK(CP)时钟信号作为芯片内通用寄存器、锁存器和Q寄

    存器的打入信号。

    实验步骤如下:

    (1) (2) (3) (4)

    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; 需要时,通过数据开关向运算器提供原始数据;

    通过24位的微型开关向运算器提供为完成指定运算功能所需要的控制信号; 通过查看指示灯或用电表量测,观察运算器的运行结果(包括计算结果和特征标志)。

    实验准备

    12为微型开关的具体控制功能分配如下:

    A口和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。

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    《计算机组成原理》

    实验名称: TEC-2实验计算机运算器实验

    实验地点:10-413

    一.实验目的

    1.     了解和掌握Am2901运算器的组成结构和工作原理;

    2.     认识和掌握TEC-2机运算器的组成和工作原理;

    3.    认识和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法;

    二.实验原理

    1.概述   

    运算器部件是计算机五大功能部件中的数据加工部件。

    运算器的首要功能是完成对数据的算术和逻辑运算,由其内部的一个被称为算术与逻辑运算部件(ALU)来实现,它在给出运算结果的同时,还给出运算结果的标志,如溢出否,进位否,结果为零否和符号正负等,这些标志都保存在一个状态寄存器中。 

    运算器的第二项功能,是暂存将参加运算的数据和中间结果,由其内部的一个寄存器来承担。因为这些寄存器可被汇编程序直接访问与使用,因此将它们称为通用寄存器,以区别那些计算机内部设置的、不能为汇编程序员访问的专用寄存器。 

    为了用硬件线路完成程序指令运算,运算器内一般还有一个能自行左右移位的专用寄存器,称为乘商寄存器。 

    TEC-2实验机的运算器核心部分是Am2901。Am2901芯片是一个4位的位片结构的完整的运算器部件。 

    对运算器的控制与操作,指的是如何让运算器完成所预期的操作功能。这是通过正确地向其提供控制信号。包括选哪个(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;同时,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最低的进位信号,运算器左右移位操作中的移位输入信号等。给出正确的数据的来源和正确的控制信号,运算器就执行规定的操作功能。在计算机整体运行过程中,运算器用到的控制信号是由计算机的控制部件提供;从教学实验需求考虑,如TEC-2机运算器运行中用到的数据和控制信号,也可以通过该教学计算机上的16个手拨数据开关和24个手拨微型开关来实现。 

    2 .Am2901 运算器  

    一、 Am2901芯片内部组成结构 

    Am2901芯片是一个4位的位片结构运算部件,是一个完整的运算器,只是位数较少,具有很好的典型性,是个理想的教学实例。其内部组成结构如下图所示:

     

    (1)4位的ALU,实现8种运算功能,其每一位上的2个输入数据分别用R和S表示。这八种功能的选择控制,是用外部送入的3位编码值I5~I3实现的。ALU还能给出Cn+4、F、OVR和F=0000四位状态信息,并能接受最低位的一个输入信号Cn。  

    (2)16个4位的通用寄存器组,用R0~R15表示,和一个4位的Q寄存器,通用寄存器组为双端读出和单端控制,而且运算后的结果经过一个移位器实现写入。Q寄存器本身具有左移右移功能且能接受ALU的运算结果。  

    (3)能接收外部送入的4位数据D3~D0,并输入4位的数据Y3~Y0。  

    (4)从图上可以看到,ALU的两个输入端R和S分别可以接收D输入,A端口或逻辑0数据,和A端口、B端口、Q寄存器和逻辑0数据。  

    (5)Am2901还采用另外3位外部送来的控制信号I8~I6。  

    (6)通用寄存器组通过A端口,B端口读出内容的输出处均有锁存器线路支持,以保证在执行诸如A+B结果送B运算时操作的正确性。

    3.Am2901的级联结构

    一片4位的Am2901芯片的引脚信号如图2-2所示。其中A3~A0、B3~B0 用于输入选中的通用寄存器地址(0000~1111分别对应于Ro~R1s); I~Io用于运算过程的控制信号; D3~D0用于输入外部数据;Y3~Y0用于输出运算的结果;CP为时钟信号;/OE为选通信号;RAM3、RAM0为运算结果左右移时的移出位;Q3、Q0为乘商寄存器Q左右移时的移出位;Cy、F=0、Over、F3分别为进位标志位、零标志位、溢出标志位、符号标志位; Cin 为外部输入的最低进位位。

     

    4. Am2901的操作时序

    图3.3  Am2901的时钟信号的作用

    5. Am2901芯片的控制信号及其控制码与操作 

     Am2901戏弄的控制信号有9个,即I8~I0,这9个控制信号分为三组,它们是: 

    (1)I8、I7、I6:选择运算结果或有关数据以何种方式送往何处; 

    (2)I5、I4、I3:选择ALU的运算功能,共八种;  

    (3)I2、I1、I0:选择送入进行运算的两个操作数据R和S的来源。 这三种控制信号与相关控制码的关系如下表3.1所示: 

    表3.1 Am2901 9个控制信号I8~I0

     

    6. TEC-2机运算器

     

    图3.6  完整的16位运算器的组成框图

    4片间的连接关系是:  

    16位的数据输入有4片各各自的D3~D0组成,其位序号从高位芯片向低位芯片顺序排成D15~D0。  

    16位的数据输出由4片各自的Y3~Y0组成,其为序号从高位芯片向低位芯片顺序排成Y1~Y0。  

    高地位进位关系的3组信号。  

    其他的计组输入信号,对4 片Am2901期间来说应该有相同的值,包括/OE(控制选通Y的输出),A地址,B地址,I8~I0,和工作脉冲CP,故应将4个芯片的这些管脚连接一起。   

     6. TEC-2机运算器部件的辅助组成部分    

     **标志位的含义及取值:      

    S:符号标志,负数为1;      

    V:溢出标志,溢出则为1;      

    Z:运算结果标志,结果为0则为1;     

     C:进/借位标志,有则为1    

    三位微码与这8种处理的对应关系,以用表格形式给出在TEC-2的操作卡上,  如表3.2所示。  

    表3.2三位微码与状态位的关系表

    运算器最低位进位信号的给出与控制(SCi)   

    运算器最低位的进位信号Cin可能为0、1、c标志的值,为了测试与实验方便,有时  可送入一个连续的方波信号,当认运算执行16位全1与这个最低位的进位方波信号相加  时,则加法器每一位的输出结果均为方波,有利于观察和测试。

     

    运算器最高位,最低位的一如信号(SSH)

     

    说明: 

     • 表中“X”为任意值,表示取任意值都不受影响 

    • 当通用寄存器本身移位时,Q寄存器不受影响 

     • 乘除法运算要求通用寄存器与Q寄存器联合移位,没有Q寄存器单独移位功能

     • 左右移是由指令功能确定的 

    • SSH 为0,用于逻辑移位指令  

    为1,用于循环移位指令  

    为2,用于乘除法运算的联合移位及上商 

    为3,用于算术右移指令,或补码乘法计算

    三.实验内容:

    脱机和联机时运算器实验

    在脱机与联机两种方式下,可以用一些数据实现多种运算,以控制其操作过程与功能

    检查所得结果的正确性。

    (一) 脱机方式

    1.    将TEC-2机功能开关FS4置为“1”。

    2.    将TEC-2机主脉冲置为单步方式,即将STEP/CONT开关拨向STEP一边。

    3.    用D0+0→R0将立即数D0(A000H)置入寄存器R0(0000)。具体的微型开关和数据开关按下表进行设置:

    波特率开关   数据开关

    SW2(共12位,最末三位未用)     SW1(共12位)

    MI876    MI543    MI210    未用       A口 B口(R0)   SCi  SSH D15-D0

    011  000  111  000  0000       0000       00   00   A000H

    设置好各控制信号(MI8-MI0),并设置好十六位数据开关为“A000H”,即“1010 0000 0000 0000”后,按压一次STEP键,将立即数D0置入寄存器R0中。

    4.    用D1+0→R1将立即数D1(4000H)置入寄存器R1(0001)。具体的微型开关和数据开关按下表进行设置:

    波特率开关   数据开关

    SW2(共12位,最末三位未用)     SW1(共12位)

    MI876    MI543    MI210    未用       A口 B口(R1)   SCi  SSH D15-D0

    011  000  111  000  0000       0001       00   00   4000H

    用同样的方法将立即数D1置入寄存器R1中。

    5.    对寄存器R0、R1初始化后,便可对R0和R1进行各种算术、逻辑运算,此时R0保存的数据为D0(A000H),R1保存的数据为D1(4000H)。

    6.    将开关S2 S1 S0置于“110”时,指示灯将显示ALU的运算结果;将开关S2 S1 S0置于“000”时,指示灯将显示SVZC的状态,对应TEC-2机上H25 = S,H26 = V,H27 = Z,H28 = C。

    7.    对R0和R1进行各种算术、逻辑运算。

    (二) 联机方式

    启动TEC-2机,进入监控程序状态:具体操作如下:

    1.    将TEC-2机的FS1~FS4置为1010,STEP/CONT置成CONT。

    2.    打开计算机电源开关,使计算机正常启动。打开TEC-2电源开关,TEC-2大板左上角一排指示灯亮。

    3.    运行通讯程序PCEC,在DOS下命令提示(按默认设置:选择1,N)。联机后,进入联机状态,用A命令输入下列程序:(ENTER表示)

    >A800 ENTER

    MOV     R0,A000

          MOV     R1,4000

       ADD     R0, R1

          SUB     R0,R1

          OR      R0,R1

          AND     R0,R1

          XOR     RO, R1

          ADC     R0, R1

          SHL    RO

          INC    RO 

          RET

    4.    用“G”命令运行程序

    在命令行提示符状态下输入:

    > G800

    执行上面输入的程序

    5.    用“R”命令观察运行结果及状态

    在命令行提示符状态下输入:

    >R

    观察运行结果及状态

    屏幕将显示:

    R0=8001  R1=4000……

    6.    用“T”或“P”命令单步执行

    在命令行提示符状态下输入:

    >T

    >P

    执行之后,观察运行结果及状态

          

    四.  实验器材

    1.    TEC-2机一台,电脑一台

    2.    TEC-2模拟软件一套

                                             

          

    五.  实验分析与设计

    1.    脱机实验

    用D0+0→R0将立即数D0置入寄存器R0

    用D1+0→R1将立即数D1置入寄存器R1

    通过上述实验步骤,得到正确的如下结果:

    2.    联机实验

                                             

    启动TEC-2机,进入监控程序状态:将TEC-2机的FS1~FS4置为1010,STEP/CONT置成CONT,点击监控程序。

    根据上述实验步骤得到如下正确结果:

                                      

    六.  思考题

    在脱机方式下进行运算器实验时,在按STEP键之前和按STEP键之后,ALU的输出结果及状态SVZC有何不同,为什么?根据Am2901运算器的组成结构及其工作原理加以说明。

    设置好相应微码和AB口地址之后,立即输出该运算功能的运算结果,此时ALU也已经得到SVZC的值,但并没有传给标志寄存器。按STEP之后,ALU的输出结果则为运算器再做一次运算的结果,这时SVZC所显示的值则为上一步标志位寄存器的值。

    从Am2901的内部结构图可以看出,A口和B口寄存器在送入ALU之前会经过对应的锁存器,在没有按STEP前,即不产生任何脉冲信号前,当前锁存器内保存的数据与SVZC内保存的数据与寄存器中当前的数据无关,此时修改了MI8~0,就修改了运算方式,会对锁存器中当前的值进行运算,结果会马上显示在ALU输出中。查看Am2901的时钟信号的作用可以知道,下降沿信号会促发A、B数据锁存。因此,按压STEP后,当前计算的结果会写入锁存器中,比如R1+R0->RO。此时锁存器中的值被改变了,同时改变的还有LU的输出结果和SVZC的值,因为ALU是使用锁存器的当前值进行计算的。

                                             

    七.  实验心得

    通过本次实验,让我对TEC-2的使用有了初步的理解,还基本了解和掌握Am2901运算器的组成结构和工作原理,认识和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法,并可以解决一些较为复杂的问题,但是并没有熟练掌握其中的一些技巧。原本的纸面描述并不能真正理解,但通过实验动手操作,对其内部处理有了进一步了解,从而加强了对其功能的深刻理解。成功的认识和掌握TEC-2机运算器的组成和工作原理;且认识和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法。

     

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  • 计算机组成原理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,4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...

    计算机组成原理实验二

    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,4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,它的全部控制与操作均需通过两个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。

    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。

    运算器的控制信号的编码及功能参见《TEC-2000教学计算机系统技术说明与实验指导》中的第三章《硬件系统的基本组成和实现》中的有关运算器的部分。

    实验内容

    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. 接下来,按下表所列的操作在十六位机上进行运算器脱机实验,将结果填入表中:其中D1取为0101H,D2取为1010H;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.用联机方式运行下表,程序及结果也写入报告。

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    注:用*标记的运算,表示D1、D2的数据是由拨动开关SW给出的。

    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

    展开全文
  • 1、 设计及实验内容 方案一:利用四片AM2901构成16位字长...方案三:利用虚拟实验软件进行上述一种运算器的设计及运行。 2、目的及要求 掌握运算器的组成、原理及数据传送通路;验证运算功能。(详见实验指导书及附件)
  • AM2901 芯片是一个4位的位片结构的运算器部件,是一个完整的运算器,只是位数较少,具有很好的典型性,是个理想的教学实例。其内部组成结构如下图所示: ① 4 位的ALU,实现实种运算功能,其每一位上的2个输入端数据...

    一.实验目的

    1. 了解和掌握Am2901运算器的组成结构和工作原理;
    2. 认识和掌握TEC-2机运算器的组成和工作原理;
    3. 认识和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法;

    二.实验原理

    Am2901运算器
    1.Am2901 芯片内部组成结构
    AM2901 芯片是一个4位的位片结构的运算器部件,是一个完整的运算器,只是位数较少,具有很好的典型性,是个理想的教学实例。其内部组成结构如下图所示:

    ① 4 位的ALU,实现实种运算功能,其每一位上的2个输入端数据分别用R和S表示,则这8种功能是R+S,S-R,R-S 3种算术运算和R S, R S, /R S, R S,/(R S)5咱逻辑运算,这8种功能的选择控制,是用外部送入的3位编码值I5—I3实现的。ALU还能给出CN+4,F,OVR和F = 0000 4位状态信息,并能接收最低位的一个进位输入信号CN。ALU还给出了超前进位信号/G和/P。

    ② 16个4位的通用寄存器组,用R0-R15表示,和1个4位的Q寄存器。通用寄存器组为双端口读出(用A地址与B地址选取择每个寄存器)和单端口(用B地址选取择)控制写入的运行方式,而且运算后的结果经一个移位器实现写入(左移,不移,右移)。Q寄存器本身具有左移,右移功能且能接收ALU的运算结果,左右移位时,就有移出,移入信号RAM3,RAM0,Q3,Q0, 4个入号,它们都通过具有双向传送功能的三态门实现的。

    ③ 该芯片能接收外部送入的4位数据D3-D0,并输出奇制胜们的数据Y3-Y0。Y3-Y0可以是通用寄存器A端口上的输出或ALU的运算结果F,并还受输出允许控制信号/OE的控制,仅在/OE为低时,Y3-Y0才有输出,否则处于高阻态。

    ④ 从图上可以看到,ALU的两个输入端R和S分别可以接收D输入,A端口或逻辑0数据,和A端口,B端口,Q寄存器或逻辑0数据,Am2901器件只选取用了它们可能的全部12种组合中的8种,即A-Q,A-B,0-Q,0-B,0-A,D-A,D-Q,和D-0这8种,并用外部送来的3位控制码I2-I0来选择这是种组合。

    ⑤ Am2901还采用另外来货位外部送来的控制信号I8-I6,一是选择向外部送出的数据的来源(A口数据还是ALU运算结果),二是选择其内部的通用寄存器组和Q寄存器接收不接收和如何接收数据库写入(左移,右移,直送)。

    ⑥ 通用寄存器组通过A端口,B端口读出内容的输出处均有锁存器线路支持,以保证在执行诸如A+B结果送B运算时操作的正确性。

    3.2.3Am2901芯片的控制信号及其控制码与操作
    Am2901芯片的控制信号有9个,即I8-I0,这回个控制信号分成三组,它们是:
    I8,I7,I6(B30-28):选择运算结果或有关数据以何种方式送往何处;
    I5,I4,I3(B26-24):选择ALU的运算功能,共8种;
    I2,I1,I0(B22-20):选择送入ALU进行运算的两个操作数据R和S的来源,共有8种组合。
    这三组控制信号与相应控制码的关系如下表:
    表3.1 Am2901 9个控制信号I8~I0
    控制码 I8、I7、I6 I5、I4、I3 I2、I1、I0
    0 0 0 F→Q F R + S A Q
    0 0 1 无 F S – R A B
    0 1 0 F→B A R – S 0 Q
    0 1 1 F→B F R ∨ S 0 B
    1 0 0 F/2→B
    Q/2→Q F R ∧ S 0 A
    1 0 1 F/2→B F /R ∧ S D A
    1 1 0 2F→B
    2Q→Q F R Å S D Q
    1 1 1 2F→B F R ⊙ S D 0
    寄存器结果选择 Y输出选择 运算功能选择 R S

    注:R、S中的“0”为逻辑0。
    3.2.4:TEC-2机运算器
    一:TEC-2机运算器主体结构
    4片间的连接关系是:
    (1)16位的数据 输入由4片各自的D3-D0组成,其位序号人高位芯片向低位芯片顺序排成D15-D0
    (2)16位的数据 输出由4片各自的Y3-Y0组成,其位序号人高位芯片向低位芯片顺序排成Y15-Y0.
    (3)有高低位进位关系的3组信号,在高低位相邻芯片间连接关系是:
    ①:高位芯片的RAM0与低位芯片的RAM3相连
    ②:高位芯片的Q0与低位芯片的Q3相连
    ③:在串行进位方式下,高位芯片的Cn与低位芯片的Cn+4相连;若选用AM2902芯片(与74LS182芯片功能相同,两者可以互换使用)实现并行进位,则低位的3个芯片的并行进位信号/G和/P应送往Am2902的相并没有管脚,并将各自对应的片间进位输出信号送入相邻高位芯片Am2901的Cn管脚。同时支持串,并行丙种方式,有利于教学实验中方便地观察与测量每种进位方式的进位延迟时间。
    此时,最低位芯片的RAM0与Q0是该16位的运算器的最低位的移入/出信号,最高位芯片的RAM3与Q3是运算器最高位的移入/出信号,均需有另外的逻辑电路与之连接,最低位的Cn是整个运算器的最低位进位输入信号。最高位的CN+4是16位完整运算器的进位输出信号。同理,只有最高们芯片的F3和OVR有意义,低位的3个芯片的F3和OVR不被使用,4个芯片的F=0000管脚连接在一起,并经一个电阻接到+5V电源,已得到16位的ALU的运算结果为“0”的标志位信号。

    (4):其它的几组输入信号,支4片Am2901器件来说应有相同的值,包括/OE(控制选 通Y的输出),A地址,B地址,I8-80(控制Am2901的运算功能,数据来源,结果的处置)和工作脉冲CP,故应将4个芯片的这些的各对应管脚连接在一起.

    三位微码与这8种处理的对应关系,已用表格形式给出。
    本器件共用了4个输出端,即引用17.18.19.20分别组出CZVS4个标志位的值,并采用寄存器型逻辑记忆本次操作结果,此时每个输出引脚的表达式必须用C:=…的形式定义,且引脚的时钟脉冲信号必须引入。引脚13的/OE信号接地,表示输出信号是不被禁止的。
    本器件共有14个输入信号,分别人引脚2-11,引脚14,引脚21-23送入,信号名字已给了央Gal20v8的描碠信息中。这些输入如何决定每一个输出位的结果,以逻辑表达式形式组出在每一个输出位的定义中。描述表中每行最右侧在分号之后给出的是注释内容。
    表3.2三位微码与状态位的关系表
    SST编码 状态位输入 说明
    B34 B33 B32 C Z V S
    0 0 0 C Z V S 四个标志位的值保持不变
    0 0 1 CY F=0 OV F15 接收ALU的标志位输出值
    0 1 0 IB7 IB6 IB5 IB4 恢复标志位现场值
    0 1 1 0 Z V S 置C为0,另三个标志不变
    1 0 0 1 Z V S 置C为1,另三个标志不变
    1 0 1 RAM0 Z V S 右移操作,另三个标志不变
    1 1 0 RAM15 Z V S 左移操作,另三个标志不变
    1 1 1 Q0 Z V S 联合右移,另三个标志不变
    二:运算器最低位进位信号的给出与控制(SCi)
    运算器最低位的进位信号Cin,可能为0.1.C标志的值 ,为了调试与实验的方便,有时可送入一个连续的进位方波信号,当认运算器执行16位全1与这个最低闰的进位方波信号相加时,则加法器每一位的输出结果均为方波,有利于观察与调试.
    表3.3
    SCi编码(B11、B10) 00 01 10 11
    Cin取值 0 1 C TCLK方波
    三:运算器最高位,最低位的移入信号(SSH)
    移入通用寄存器中的移入信号RAM15和RAM0,以及乘商寄存器中的移入信号Q15和Q0.左移时,向RAM0,或RAM0与Q0移入数据,右移时,向RAM15,或RAM15与Q15移入数据,我们把5条移位指令和剩除法计算中的联合移位都考虑进去,可以归纳出如下4种结果,并用两位微码SSH区分它们。
    表3.4
    控制码SSH 左 移 右 移 说明
    B9 B8 RAM0 Q0 RAM15 Q15
    0 0 0 X 0 X 通用寄存器逻辑位移
    0 1 C X C X 通用寄存器与C循环移位
    1 0 Q15 /F15 CY RAM0 原码除(左移)乘(右移)
    1 1 X X F15⊕OVR RAM0 右移用于补码乘法
    说明:
    • 表中“X”为任意值,表示取任意值都不受影响
    • 当通用寄存器本身移位时,Q寄存器不受影响
    • 乘除法运算要求通用寄存器与Q寄存器联合移位,没有Q寄存器单独移位功能
    • 左右移是由指令功能确定的
    • SSH为0,用于逻辑移位指令
    为1,用于循环移位指令
    为2,用于乘除法运算的联合移位及上商
    为3,用于算术右移指令,或补码乘法计算

    三.实验内容:

    脱机和联机时运算器实验
    在脱机与联机两种方式下,可以用一些数据实现多种运算,以控制其操作过程与功能
    检查所得结果的正确性。
    (一) 脱机方式

    1. 将TEC-2机功能开关FS4置为“1”。

    2. 将TEC-2机主脉冲置为单步方式,即将STEP/CONT开关拨向STEP一边。

    3. 用D0+0→R0将立即数D0(A000H)置入寄存器R0(0000)。具体的微型开关和数据开关按下表进行设置:
      波特率开关 数据开关
      SW2(共12位,最末三位未用) SW1(共12位)
      MI876 MI543 MI210 未用 A口 B口(R0) SCi SSH D15-D0
      011 000 111 000 0000 0000 00 00 A000H
      设置好各控制信号(MI8-MI0),并设置好十六位数据开关为“A000H”,即“1010 0000 0000 0000”后,按压一次STEP键,将立即数D0置入寄存器R0中。

    4. 用D1+0→R1将立即数D1(4000H)置入寄存器R1(0001)。具体的微型开关和数据开关按下表进行设置:
      波特率开关 数据开关
      SW2(共12位,最末三位未用) SW1(共12位)
      MI876 MI543 MI210 未用 A口 B口(R1) SCi SSH D15-D0
      011 000 111 000 0000 0001 00 00 4000H
      用同样的方法将立即数D1置入寄存器R1中。

    5. 对寄存器R0、R1初始化后,便可对R0和R1进行各种算术、逻辑运算,此时R0保存的数据为D0(A000H),R1保存的数据为D1(4000H)。

    6. 将开关S2 S1 S0置于“110”时,指示灯将显示ALU的运算结果;将开关S2 S1 S0置于“000”时,指示灯将显示SVZC的状态,对应TEC-2机上H25 = S,H26 = V,H27 = Z,H28 = C。

    7. 对R0和R1进行各种算术、逻辑运算。

    (二) 联机方式
    启动TEC-2机,进入监控程序状态:具体操作如下:

    1. 将TEC-2机的FS1~FS4置为1010,STEP/CONT置成CONT。
    2. 打开计算机电源开关,使计算机正常启动。打开TEC-2电源开关,TEC-2大板左上角一排指示灯亮。
    3. 运行通讯程序PCEC,在DOS下命令提示(按默认设置:选择1,N)。联机后,进入联机状态,用A命令输入下列程序:(ENTER表示)

    A800 ENTER
    MOV R0,A000
    MOV R1,4000
       ADD R0, R1
    SUB R0,R1
    OR R0,R1
    AND R0,R1
    XOR RO, R1
    ADC R0, R1
    SHL RO
    INC RO
    RET

    1. 用“G”命令运行程序
      在命令行提示符状态下输入:

    G800
    执行上面输入的程序

    1. 用“R”命令观察运行结果及状态
      在命令行提示符状态下输入:

    R
    观察运行结果及状态
    屏幕将显示:
    R0=8001 R1=4000……

    1. 用“T”或“P”命令单步执行
      在命令行提示符状态下输入:

    T

    P
    执行之后,观察运行结果及状态

    四. 实验器材

    1. TEC-2机一台,电脑一台
    2. TEC-2模拟软件一套

    五. 实验分析与设计

    1. 脱机实验
      R0+R1->R0

    在这里插入图片描述
    R0+0->R0

    在这里插入图片描述
    R0-R1->R0
    在这里插入图片描述
    R0+0->R0
    在这里插入图片描述
    R0⋁R1->R0
    在这里插入图片描述
    R0+0->R0
    在这里插入图片描述
    R0⋀R1->R0
    在这里插入图片描述
    R0+0->R0
    在这里插入图片描述
    2. 联机实验

    MOV     R0,A000
    MOV     R1,4000
    ADD     R0, R1
    SUB     R0,R1
    OR      R0,R1
    AND     R0,R1
    RET
    

    在这里插入图片描述

    MOV     R0,A000
    MOV     R1,4000
    ADD     R0, R1
    SUB     R0,R1
    OR      R0,R1
    AND     R0,R1
    XOR     RO, R1
    ADC     R0, R1
    SHL    RO
    INC    RO 
    RET
    

    在这里插入图片描述
    六. 思考题
    在脱机方式下进行运算器实验时,在按STEP键之前和按STEP键之后,ALU的输出结果及状态SVZC有何不同,为什么?根据Am2901运算器的组成结构及其工作原理加以说明。

    答:
    (1)设置好相应微码和AB口地址之后,立即输出该运算功能的运算结果,此时ALU也已经得到SVZC的值,但并没有传给标志寄存器。按STEP之后,ALU的输出结果则为运算器再做一次运算的结果,这时SVZC所显示的值则为上一步标志位寄存器的值。
    (2)根据Am2901运算器的组成结构可以知道,ALU是一个组合逻辑电路,设置A、B相应的值之后,相应的数据便会立即被传送到ALU中进行相应的运算,并且显示出对应的运算结果也会被存在存储器里面。按下STEP之后,在脉冲的作用下,. 上一步的运算结果也会被存在寄存器里面,但控制码和地址没有改变,所以上一步的运算结果会重新被送到ALU中进行运算,此时ALU的结果为一步运算结果再进行一次运算的数据。
    SVZC存储在状态标志寄存器中,其值的改变需要有脉冲信号的作用才能改变,所以在按STEP之前,SVZC的值不变,按下STEP之后,SVZC显示的值才是上一步标志位的状态值。

    七. 实验心得

    1. 了解和掌握Am2901运算器的组成结构和工作原理,实际操作中加深了对运算器关于二进制码的与或非操作,进一步提高了对机器实现计算功能的认知。
    2. 认识和掌握TEC-2机运算器的组成和工作原理,在使用TEC-2机运算器的过程中,模拟了实际的脱机和联机的运算操作,熟悉了模拟计算机相关操作,提高了我个人做实验,排查错误的能力。
    3. 认识和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法,了解到TEC-2机运算器各个部件的知识,知道了各个信号关系和控制组件,为接下来能够进行更多更复杂的计算机组成原理实验奠定了基础。
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