《计算机组成原理》课程教学资源（实验指导）实验一 运算器

实验一、运算器组成实验 立哈日的 ()掌据算术逻辑运算加、减、乘、与的工作原理。 (2)熟悉简单运算器的数据传送通路。 (3)验证实验台运算器的8位加、减、与、直通功能， (4)哈证实验台的4位乘4位功能 (⑤)按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。 、实验电路 图6示出了本实验所用的运算器数据通路图（接在运算器和存储器部分所标出接线孔上）。 AL0田片1LSI024闷。四片4位的一 输入奇存器74HC298构成两个操作数寄有 的输 早的 DR2接A DBUS 进位信号C保存 LS110 4内的 D寄存器中。当实 二极管指示灯接在数据总线DB 指示灯C显示运算器进位信号状态。由1SPSO24构成的8位运算器的 运算类型由选抒端S2、S1、S0选择，功能表如下。 表3运算器运算类型选择表 选 操作 A&E 加法运算和减 运算时产生， 立C的状 保存。 在SW BUS#信号为0时，参与运算的数据时一个三态门74HC244(SW BUS)送到 ,进而送至DR1或DR2操作数寄存器。输入数据可由实验台上的8个二进制 数据开关SW7-Sw0来设置，其中Sw0是最低位，Sw7是最高位。开关向上时为l,开关 向下时为0. 图中尾巴上带粗短线标识的信号都是控制信号，控制信号均为电位信号。B、T4是脉 冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路产生的T3、T4信号上。S2、S、S0、ALU BUS、LDDR2、LDDR M 、SW_BUS#各电位控 信考用电平开 KO KI 用于 关向下 用诊 s? 为高电平有效，SwBS#为低电平有效。 一作为数提 入端 一A0作为据给入提。当DDR=1时，在T?的下隆沿。洗中的数据被 打入DR寄存器。2=时，DR2洗择D1一AL作为数据输入端：M2O时，DR2洗择D A0作为数据输入端。当LDDR2=1时，在T3的下降沿，选中的数据被打入DR2寄存器 数据总线DBUS有5个数据来源运算器ALU,寄存器堆RF控制台开关SWO一SW7, 双端口存储器DTT132和中断地址寄存器IAR。在任何时刻，都不允许2个或者2个以上 的数据源同时向数据总线DBUS输送数据，只允许1个（或者没有）数据源向数据总线DBUS 输送数据。在本实验中，为了保证数据的正确设置和观察，请令RSBUS#= RW-0为，每次只产生一组、卫、B,4脉冲 D73 每按 个单脉冲。 本实验中采用单冲输出 三、实验设备

9 实验一、运算器组成实验 一、实验目的 (1)掌握算术逻辑运算加、减、乘、与的工作原理。 (2)熟悉简单运算器的数据传送通路。 (3)验证实验台运算器的 8 位加、减、与、直通功能。 (4)验证实验台的 4 位乘 4 位功能。 (5)按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。 二、实验电路 图 6 示出了本实验所用的运算器数据通路图（接在运算器和存储器部分所标出接线孔上）。 ALU 由 l 片 ispLSIl024 构成。四片 4 位的二选一输入寄存器 74HC298 构成两个操作数寄存 器 DRl 和 DR2，保存参与运算的数据。DRl 接 ALU 的 B 数据输入端口，DR2 接 ALU 的 A 数据输入端口，ALU 的输出在 ISPLSIl024 内通过三态门发送到数据总线 DBUS7 一 DBUS0 上，进位信号 C 保存在 ispLSI1024 内的一个 D 寄存器中。当实验台下部的 IR/DBUS 开关拨 到 DBUS 位置时，8 个红色发光二极管指示灯接在数据总线 DBUS 上，可显示运算结果或输 入数据。另有一个指示灯 C 显示运算器进位信号状态。由 ISPLSIl024 构成的 8 位运算器的 运算类型由选择端 S2、S1、S0 选择，功能表如下。 表 3 运算器运算类型选择表 选择 操作 S2 S1 S0 0 0 0 A&B 0 0 1 A&A 0 1 0 A+B 0 1 1 A-B 1 0 0 A( 低 4 位)*B(低 4 位) 进位 C 只在加法运算和减法运算时产生，与、乘、直通操作不影响进位 C 的状态，即 进位 C 保持不变。减法运算采用加减数的反码再加以 1 实现。在加法运算中，C 代表进位: 在减法运算中，C 代表借位。运算产生的进位在 T4 的上升沿送入 ispLSI1024 内的 C 寄存器 保存。 在 SW＿BUS#信号为 0 时，参与运算的数据通过一个三态门 74HC244(SW＿BUS)送到 DBUS 总线上，进而送至 DR1 或 DR2 操作数寄存器。输入数据可由实验台上的 8 个二进制 数据开关 SW7-SW0 来设置，其中 SW0 是最低位，SW7 是最高位。开关向上时为 l，开关 向下时为 0. 图中尾巴上带粗短线标识的信号都是控制信号，控制信号均为电位信号。T3、T4 是脉 冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路产生的 T3、T4 信号上。S2、Sl、S0、ALU＿ BUS、LDDR2、LDDRl、Ml、M2、SW_BUS#各电位控制信号用电平开关 K0 一 Kl5 来模拟。 K0 一 Kl5 是一组用于模拟各控制电平信号的开关，开关向上时为 l，开关向下时为 0，每个 开关无固定用途，可根据实验具体情况选用。S2、Sl、S0、ALU＿BUS、LDDR2、LDDRl 为高电平有效，SW_BUS#为低电平有效。M1=l 时，DRl 选择 Dl 一 Al 作为数据输入端:M1=0 时，DRl 选择 D0 一 A0 作为数据输入端。当 LDDRl=1 时，在 T3 的下降沿，选中的数据被 打入 DRl 寄存器。M2=1 时，DR2 选择 D1 一 Al.作为数据输入端;M2=0 时，DR2 选择 D0 一 A0 作为数据输入端。当 LDDR2=1 时，在 T3 的下降沿，选中的数据被打入 DR2 寄存器。 数据总线 DBUS 有 5 个数据来源:运算器 ALU，寄存器堆 RF 控制台开关 SW0 一 SW7， 双端口存储器 IDT7132 和中断地址寄存器 IAR。在任何时刻，都不允许 2 个或者 2 个以上 的数据源同时向数据总线 DBUS 输送数据，只允许 1 个(或者没有)数据源向数据总线 DBUS 输送数 据。 在本 实验 中， 为了 保证 数据 的正 确设 置和 观察 ，请 令 RS ＿BUS#=l, LRW=0,IAR_BUS#=1 为了在实验中，每次只产生一组 Tl、T2、T3、"T4 脉冲，需将实验台上的 DP、"DB、 DZ 开关进行正确设置。将 DP 开关置 l，将 DB、DZ 开关置 0，每按一次 QD 按钮，则顺序 产生 Tl、T2、T3、T4 各一个单脉冲。本实验中采用单脉冲输出。 三、实验设备

()T正C一4计算机组成原理实验系统1台 (2)直流万用表一只（也可以不用） 四、实验任务 (1)按图6所示 正确连接运算器模块与实验台上的电平开关K0一KI5。由于运算器的C和 故接线任 向DR和 pp? 升天DZ、DB、DP。用 长闭ALU向数据总线DBUS的输出：置SW BUS#=0,开启数据 平￥Qw0 SW7向数据总线DBUS的输出。注意，对于数据总线DBUS或者其他任何总 线)，在任干时刻，只能有一个数据源向它输出。置IR/DBUS开关于DBUS位置，在数据开 关SW0一SW7上设置各种数据，观察数据指示灯状态是否与数据开关状态一致。 2.置MI=l,选择DBUS作为DRI的数据源，置LDDR=l,按QD按钮，则将DBUS的数 据打入DR。置M2=1,选择DBUS作为DR2的数据源：置LDDR2=I,按QD按钮，则将 DBUS的数据打入DR2。向DR存入01010101，向DR2存入10101010 3.直SW_BUS#=1,天闭数据升关SW0 开启AU对DBUS 7 ,S0-1,便运算器进行直通运 D器进行加运， 3US指示灯验证DR1中的内 是为2设的在表4中 填入控制信号状态与D正 显示状态。 DR2设置值检查 ALU BUS SW BUS# 存黑内容 S2 S1 S0 DBUS DR1=01010101 DR2=10101010 DR1=01010101 DR2=10101010 (2)验证运算器的算术运算和逻辑运算功能 DR2-10 记下实验结果数 选择S2、 8个指示司 图6 运算器数据通路实验电路图

10 (l)TEC 一 4 计算机组成原理实验系统 1 台 (2))直流万用表一只(也可以不用) 四、实验任务 (1)按图 6 所示，正确连接运算器模块与实验台上的电平开关 K0 一 K15。由于运算器的 C 和 C 指示灯、8 位数据开关 SW0 一 SW7、T3、T4 的连线已由印制电路板连好，故接线任 务仅仅是完成有关控制信号与电平开关 K0 一 Kl5 的连线。正确设置开关 DZ、DB、DP。用 数据开关 SWO 一 SW7 向 DRl 和 DR2 寄存器置数。 I． 置 ALU＿BUS=0，关闭 ALU 向数据总线 DBUS 的输出;置 SW_ BUS#=0，开启数据 开关 SW0 一 SW7 向数据总线 DBUS 的输出。注意，对于数据总线 DBUS(或者其他任何总 线)，在任干时刻，只能有一个数据源向它输出。置 IR/DBUS 开关于 DBUS 位置，在数据开 关 SW0 一 SW7 上设置各种数据，观察数据指示灯状态是否与数据开关状态一致。 2． 置 M1=1，选择 DBUS 作为 DRl 的数据源;置 LDDRl=l，按 QD 按钮，则将 DBUS 的数 据打入 DRl。置 M2=1，选择 DBUS 作为 DR2 的数据源;置 LDDR2=1，按 QD 按钮，则将 DBUS 的数据打入 DR2。向 DRl 存入 01010101，向 DR2 存入 10101010。 3．置 SW＿BUS#=1，关闭数据开关 SW0 一 SW7 对数据总线 DBUS 的输出;置 ALU_BUS=l， 开启 ALU 对 DBUS 的输出。选择 S2=0、Sl=0、S0=1，便运算器进行直通运算，通过 DBUS 指示灯验证 DR2 中的内容是否为第 2 步设置的值。令 S2=0、S1=l、S0=0，使运 算器进行加运算，通过 DBUS 指示灯验证 DRl 中的内容是否为第 2 步设置的值。在表 4 中 填入控制信号状态与 DBUS 显示状态。 表 4 DRl、DR2 设置值检查 ALU_BUS SW_BUS# 寄存器内容 S2 S1 S0 DBUS DR1=01010101 DR2=10101010 DR1=01010101 DR2=10101010 (2)验证运算器的算术运算和逻辑运算功能。 令 DRl=01100011B，DR2=10110100B，正确选择 S2、S1、S0，依次进行加、减、 与、直通，乘实验，记下实验结果(数据和进位)并对结果进行分析