中山大学计算机组成原理实验报告.doc

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中山大学计算机组成原理实验报告

计算机组成原理与接口技术实验实 验 报 告实 验 人:郑熙霖 学 号 日 期:2011-04-10 院(系):软件学院 专业(班级):09软件工程(数字媒体技术) 实验题目:TEC-2实验计算机运算器实验 实验目的了解和掌握Am2901运算器的组成结构和工作原理认识和掌握TEC-2机运算器的组成和工作原理了解和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法了解和掌握运算器的进位时间的测试方法,及进一步掌握双踪示波器的使用方法。实验原理(一)概述运算器部件是计算器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,由算术逻辑运算部件(ALU)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,由其内部的一组寄存器来承担。因为这些寄存器可以被汇编程序直接访问与使用,因此将他们称为通用寄存器,以区别于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乘除指令运算,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试验机的运算核心组成部分是Am2901。Am2901芯片是一个4位的位片结构的完整的运算器部件。(二) Am2901运算器Am2901芯片内部组成结构图I Am2901内部结构图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。Am2901的操作时序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。其有关规定如图II所示。图II Am2901的时钟信号的作用Am2901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III Am2901 9个控制信号I8~I0控制码I8、I7、I6I5、I4、I3I2、I1、I00 0 0F→QFR + SAQ0 0 1无FS – RAB

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