實驗內容

一、實驗原理

實驗中所用的運算器數據通路如下圖所示。ALU運算器由CPLD描述。運算器的輸出經過2片74LS245三態門與數據總線相連，2個運算寄存器AX、BX的數據輸入端分別由4個74LS374鎖存器鎖存，鎖存器的輸入端與數據總線相連。準雙向I/O輸入輸出端口用來給出參與運算的數據，經2片74LS245三態門與數據總線相連。

在上圖中，AXW、BXW在“搭接態”由實驗連接對應的二進制開關控制，“0”有效，通過【單拍】按鈕產生的負脈沖把總線上的數據打入，實現AXW、BXW寫入操作。

二、運算器功能編碼

ALU運算器編碼表

三、實驗連線

K23~K0置“1”，滅M23~M0控位顯示燈。然后按下表要求“搭接”部件控制電路。

實驗1：算術運算

1. 字算術運算

(1) 字寫操作

通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AX和暫存器BX置數，操作步驟如下：

(2) 字讀操作

關閉AX、BX寫使能，令K18=K17=“1”，按下流程分別讀AX、BX。Dbus：1122h；3344h

(3) 字加法與減法運算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），FUN及總線單元顯示AX+BX的結果。4466

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），FUN及總線單元顯示AX－BX的結果。ddde

2. 字節算術運算

(1) 偶字節寫（置數操作）k23-k0=1

通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AL（L：low低位）和暫存器BL置數，具體操作步驟如下：置0022h和0044h ax和bx顯示

(2) 偶字節讀操作（運算寄存器AL和BL內容送總線）

關閉AL、BL寫使能，令K18=K17=1，按下流程分別讀AL、BL。

(3) 字節減法算術運算（不帶進位加）

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），FUN單元顯示AL+BL的結果。0066

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），FUN單元顯示AL－BL的結果。

實驗2：邏輯運算

1. 字邏輯運算

(1) 字寫操作（置數操作）

通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AX和暫存器BX置數，操作步驟如下：1122,3344

(2) 字讀操作（運算寄存器AX和BX內容送總線）

關閉AX、BX寫使能，令K18=K17=“1”，按下流程分別讀AX、BX。1122,3344

(3) 字邏輯運算

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），為邏輯與，FUN及總線顯示AX邏輯與BX的結果1100。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），為邏輯或，FUN及總線顯示AX邏輯或BX的結果3366。

實驗3：移位運算

移位運算時把累加器A視為移位的源寄存器，也就是說移位是通過累加器A實現的。

1. 移位控制編碼

2. 移位執行過程

① 循環左移② 循環右移

③ 帶進位循環左移	④ 帶進位循環右移

◆不帶進位循環左移：各位按位左移，最高位移入最低位。

◆不帶進位循環右移：各位按位右移，最低位移入最高位。

◆帶進位循環左移：各位按位左移，最高位移入CY中，CY中內容移入最低位。

◆帶進位循環右移：各位按位右移，最低位移入CY中，CY中內容移入最高位。

◆循環移位一般用于實現循環式控制、高低字節的互換，還可以用于實現多倍字長數據的算術移位或邏輯移位。

3. 字移位運算k23-k0全置1

(1) 向AX寄存器置數

撥動“I/O輸入輸出單元”開關向移位源寄存器AX置數，具體操作步驟如下：

(2) AX寄存器移位

令M=0 S1=1參照表2.3.2改變S2、S0的狀態，再按動【單拍】按鈕，觀察AX移位變化。

0080-0040-0020-0010-0008-0004-0002-0001-8000-4000-2000-1000-0800-0400-0200-0100-0080

4. 字節移位運算

(1) AL寄存器置數

撥動“I/O輸入輸出單元”開關向移位源寄存器AL置數，具體操作步驟如下：


(2) AL寄存器移位

令M=0 S1=1參照表2.3.2改變S2、S0的狀態，再按動【單拍】按鈕，觀察AL移位變化。

實驗題

1、 將0008H寫入AH寄存器，然后完成AH寄存器移位運算

2、在給定AX=6655h、BX=AA77h的情況下，改變運算器的功能設置，觀察運算器的輸出，填入下頁表格中，并和理論分析進行比較、驗證。

實驗4：進位控制與零標志

1. 標志控制原理

(1) 進位標志CY

運算標志CY是帶復位可預置的進位標志，在運算時由M信號控制，當M=0時，按【單拍】按鈕，在DRCK上升沿把當前運算溢出位（進位或借位）打入CY的鎖存輸出端Q2。在M=1時，由CN位控制CY的“位操作”。當CN=0時，按【單拍】按鈕，在DRCK上升沿執行CY的置“1”、清零、取反操作；遇M=1、CN=1時，CY保持原始狀態。CY的復位端由CPU直接控制管理。

(2) 零標志Z

零標志Z是帶復位端的運算結果判零標志，取源于運算器輸出FUN。當FUN=00h時，zd為“1”，反之為“0”。；零標志由M信號控制，當M=0時，按【單拍】按鈕，在DRCK上升沿把當前zd打入Z（零標志）的鎖存輸出端Q1。遇M=1，零標志Z保持原始狀態。

(3) 標志位的初始化

標志位的清零端由系統掌控與控位無關，在手動實驗中需要清標志時，通過按動【返回】鍵來實現標志位的初始化。
系統提供CY與Z的狀態燈，其顯示特征為：進位標志CY=1時，燈“亮”，反之燈“滅”；零標志Z=1時，燈“亮”，反之燈“滅”。

2. 實驗連線

(3) 進位標志CY實驗

(1) CY標志控制實驗

① 進位控制流程

② 按上流程建立控制狀態，參照下表改變方式控制，按【單拍】觀察CY燈的變化

(2) 進位運算實驗

① 按【返回】鍵，通過I/O單元向AX、BX分別置數，操作如下：

② 帶進位加減法運算流程（加：0001，減：FFEB）

(3) 零標志實驗（字識別）

① 向寄存器AX和BX置數

通過“I/O輸入輸出單元”向AX、BX均置數0001h，操作步驟如下：

② 驗證零標志鎖存功能

按【返回】鍵清Z標志，按下流程建立零標志運算控制狀態。K11=1時減法運算FUN=0000，按【單拍】鈕Z標志燈亮（Z=1）；K11=0時加法運算FUN=0002按【單拍】鈕Z標志燈滅（Z=0）。

實驗報告

學院、系：計算機學院

專業名稱：	軟件工程
學生姓名：	小何學長

一、實驗題目

十六位機運算器

二、實驗目的與要求

實驗目的

掌握十六位機字與字節運算的數據傳輸格式，驗證運算功能發生器及進位控制的組合功能。

實驗要求

完成算術、邏輯、移位運算實驗，熟悉ALU運算控制位的運用。

三、實驗步驟

實驗1：算術運算

1.字算術運算

(1)字寫操作

通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AX和暫存器BX置數，操作步驟如下：

(2)字讀操作

關閉AX、BX寫使能，令K18=K17=“1”，按下流程分別讀AX、BX。Dbus：1122h ；3344h

實驗結果：

實驗2：邏輯運算

2.字節邏輯運算

（1）奇字節寫操作（置數操作） k23-k0=1

通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AH（H：high高位）和暫存器BH置數，具體操作步驟如下：

（2）奇字節讀操作（運算寄存器AH和BH內容送數據總線）

關閉AH、BH寫使能，令K18=K17=1，按下流程分別讀AH、BH。

實驗結果：

實驗3：移位運算

4.字節移位運算

（1）AL寄存器置數

撥動“I/O輸入輸出單元”開關向移位源寄存器AL置數，具體操作步驟如下：

（2）AL寄存器移位

實驗結果：

四、心得體會

本節課學習了并掌握十六位機字與字節運算的數據傳輸格式，驗證運算功能發生器及進位控制的組合功能。同時完成算術、邏輯、移位運算實驗，熟悉ALU運算控制位的運用。雖然操作有點麻煩，但還是堅持完成并驗證了其原理，自己的動手能力有所增強，還學到了知識，真開心啊！

文檔獲取

完整版的實驗內容+實驗報告的Word文檔

下載地址：https://download.csdn.net/download/HXBest/21561593?spm=1001.2014.3001.5503

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【计算机组成原理】实验5：运算器实验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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