算术逻辑运算实验报告.docx
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算术逻辑运算实验报告
算术逻辑运算实验报告
数学学院实验报告
成绩：
指导老师（签名）：
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。
算术运算
1000
X
置FC=CN（FC）
1001
X
F=A加B（FC，FZ）
1010
X
F=A加B加FC（FC，FZ）
1011
X
F=A减B（FC，FZ）
1100
X
F=A减1（FC，FZ）
1101
X
F=A加1（FC，FZ）
1110
X
（保留）
1111
X
（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）。
图1-1-5实验接线图
（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。
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’。
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。
拨动CON单元的SD27…SD20数据开关，形成二进制数10100111（或其它数值）。
置LDA=0，LDB=1，连续按动时序单元的ST按钮，产生一个T4上沿，则将二进制数10100111
置入暂存器B中，暂存器B的值通过ALU单元的B7…B0八位LED灯显示。
（6）改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。
置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0，然后按表1-1-1置S3、S2、S1、S0和Cn的数值，并观察数据总线LED显示灯显示的结果。
如置S3、S2、S1、S0为0010，运算器作逻辑与运算，置S3、S2、S1、S0为1001，运算器作加法运算。
如果实验箱和PC联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果（软件使用说明请看附录一），方法是：
打开软件，选择联机软件的“【实验】—【运算器实验】”，打开运算器实验的数据通路图，如图1-1-6所示。
进行上面的手动操作，每按动一次ST按钮，数据通路图会有数据的流动，反映当前运算器所做的操作，或在软件中选择“【调试】—【单节拍】”，其作用相当于将时序单元的状态开关KK2置为‘单拍’档后按动了一次ST按钮，数据通路图也会反映当前运算器所做的操作。
重复上述操作，并完成表1-1-2。
然后改变A、B的值，验证FC、FZ的锁存功能。
图1-1-6数据通路图
五、实验结果及分析
在CON单元的SD27…SD20数据开关中输入01100101，置LDA=1，LDB=0，连续按动时序单元的ST按钮，将二进制数01100101置入暂存器A中。
在CON单元的SD27…SD20数据开关中输入10100111，置LDA=0，LDB=1，连续按动时序单元的ST按钮，将二进制数10100111置入暂存器B中。
置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0，置S3、S2、S1、S0为0010，运算器作逻辑与运算
运算结果表
运算类型
A
B
S3S2S1S0
CN
结果
逻辑运算
65
A7
0000
X
F=（65）FC=（0）FZ=（0）
65
A7
0001
X
F=（A7）FC=（0）FZ=（0）
65
A7
0010
X
F=（25）FC=（0）FZ=（0）
65
A7
0011
X
F=（E7）FC=（0）FZ=（0）
65
A7
0100
X
F=（9A）FC=（0）FZ=（0）
移位运算
65
A7
0101
X
F=（CA）FC=（0）FZ=（0）
65
A7
0110
0
F=（32）FC=（0）FZ=（0）
1
F=（B2）FC=
（1）FZ=（0）
65
A7
0111
0
F=（CA）FC=（0）FZ=（0）
1
F=（CA）FC=（0）FZ=（0）
算术运算
65
A7
1000
X
F=（CA）FC=（0）FZ=（0）
65
A7
1001
X
F=（65）FC=
（1）FZ=（0）
65
A7
1010（FC=0）
X
F=（0C）FC=
（1）FZ=（0）
1010（FC=1）
X
F=（OD）FC=
（1）FZ=（0）
65
A7
1011
X
F=（BE）FC=
（1）FZ=
（1）
65
A7
1100
X
F=（64）FC=（0）FZ=（0）
65
A7
1101
X
F=（66）FC=（0）FZ=（0）
六、实验总结
实验要完整无错误的进行，首先要确保实验接线图连线的正确性才能确保在进行实验时数据通路流向以及数据的的正确性，这样才能到达实验的目的；在进行实验过程中需要理解每一步骤的原因，也加强自己的理解性和掌握程度；在实验过程中活树会遇到线路正确但数据错误，这能很有可能是自己连接线路有问题，所以在连接线路上一定要保证每条线是否正确。
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