算术逻辑运算试验报告VIP专享VIP免费

数学学院实验报告课程名称：计算机组成原理实验项目名称：算术逻辑运算实验一、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、实验设备与器件PC机一台，TD-CMA实验系统一套。三、实验原理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。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。A(273)B(273)IN[7..0]显示A显示BS[3..0]CnLDAT4LDBT4三选一开关三态控制(245)D[7..0]ALU_B移位运算部件逻辑运算部件算术运算部件CY1CLR译码器LOGICSHIFTADD_SUBPRNCLRQVCCT4FCF7F0FZCLRPRNCLRDQVCCFCCnFCDCY2T4CY2CNSHIFTADD_SUB图1-1-1运算器原理图运算器部件由一片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‘’，表示这两根排成绩：指导老师(签名)：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。右3右2右1不移位左1左2左3in[3]in[2]in[1]in[0]out[0]out[1]out[2]out[3]图1-1-2交叉开关桶形移位器原理图暂存器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。VCCA01K图1-1-3A0显示原理图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S3S2S1S0CN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。A(273)B(273)IN[7..0]显示A显示BS[3..0]CNLDAT4LDBT4三态控制(245)D[7..0]ALU_BALUFCFZ显示FZ显示FCREG堆R2R3R1R0OUT[7..0]LDR2T4LDR1T4LDR3T4LDR0T4R0_BR1_BR3_BR2_B图1-1-4ALU和外围电路连接原理图表1-1-1运算器逻辑功能表运算类型S3S2S1S0CN功能逻辑运算0000XF=A（直通）0001XF=B（直通）0010XF=AB（FZ）0011XF=A+B（FZ）0100XF=/A（FZ）移位运算0101XF=A不带进位循环右移B（取低3位）位（FZ）01100F=A逻辑右移一位（FZ）1F=A带进位循环右移一位（FC，FZ）01110F=A逻辑左移一位（FZ）1F=A带进位循环左移一位（FC，FZ）算术运算1000X置FC=CN（FC）1001XF=A加B（FC，FZ）1010XF=A加B加FC（FC，FZ）1011XF=A减B（FC，FZ）1100XF=A减1（FC，FZ）1101XF=A加1（FC，FZ）1110X（保留）1111X（保留）*表中“X”为任意态，下同四、实验内容与步骤(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）。ALU®单元ALU_BS3...S0CnLDALDBIN7...I...