計算機(jī)組成原理實驗報告范文
實驗一 基本運(yùn)算器實驗
一、實驗?zāi)康?/strong>
1. 了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)
2. 掌握運(yùn)算器的工作原理
3. 深刻理解運(yùn)算器的控制信號
二、實驗設(shè)備
PC機(jī)一臺、TD-CMA實驗系統(tǒng)一套
三、實驗原理
1. (思考題)運(yùn)算器的組成包括算數(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU(Arithmetic and Logic Unit)、浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU(Floating Point Unit)、通用寄存器組、專用寄存器組。
�、� 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU(Arithmetic and Logic Unit)
ALU主要完成對二進(jìn)制數(shù)據(jù)的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算(加減乘除)、邏輯運(yùn)算(與或非異或)以及移位操作。在某些CPU中還有專門用于處理移位操作的移位器。
通常ALU由兩個輸入端和一個輸出端。整數(shù)單元有時也稱為IEU(Integer Execution Unit)。我們通常所說的“CPU是XX位的”就是指ALU所能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)。
�、� 浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU(Floating Point Unit)
FPU主要負(fù)責(zé)浮點(diǎn)運(yùn)算和高精度整數(shù)運(yùn)算。有些FPU還具有向量運(yùn)算的功能，另外一些則有專門的向量處理單元。
③ 通用寄存器組
通用寄存器組是一組最快的存儲器，用來保存參加運(yùn)算的操作數(shù)和中間結(jié)果。
�、� 專用寄存器
專用寄存器通常是一些狀態(tài)寄存器，不能通過程序改變，由CPU自己控制，表明某種狀態(tài)。
而運(yùn)算器內(nèi)部有三個獨(dú)立運(yùn)算部件，分別為算術(shù)、邏輯和移位運(yùn)算部件，邏輯運(yùn)算部件由邏輯門構(gòu)成，而后面又有專門的算術(shù)運(yùn)算部件設(shè)計實驗。
下圖為運(yùn)算器內(nèi)部原理構(gòu)造圖
2. 運(yùn)算器的控制信號 實驗箱中所有單元的T1、T2、T3、T4都連接至控制總線單元的T1、T2、T3、T4，CLR都連接至CON單元的CLR按鈕。T4由時序單元的TS4提供(脈沖信號)，其余控制信號均由CON單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)模擬給出。控制信號中除T4為脈沖信號外，其余均為電平信號，其中ALU_B為低有效，其余為高有效。 下圖為ALU和外圍電路的連接。圖中的小方框代表排針座。
在運(yùn)算器的.工作過程中，S3 S2 S1 S0 和CN為控制信號，F(xiàn)C為進(jìn)位標(biāo)志，F(xiàn)Z為運(yùn)算器零標(biāo)志。運(yùn)算器的邏輯功能見下表，表中功能欄的FC、FZ表示當(dāng)前運(yùn)算會影響到該標(biāo)志。
(思考題)運(yùn)算器功能的選擇：
如圖在表中，可以通過調(diào)整S3 S2 S1 S0和CN的值來改變運(yùn)算類型，功能如上圖所示，不同的S3 S2 S1 S0和CN的值對應(yīng)不同的運(yùn)算類型和結(jié)果。
CON單元的數(shù)據(jù)開關(guān)控制數(shù)據(jù)的形成。
(思考題)運(yùn)算器的數(shù)據(jù)通路：
以下為數(shù)據(jù)通路圖
(思考題)運(yùn)算器的各組成部件的控制信號的作用:
LDA和LDB控制存入數(shù)據(jù)的位置(具體運(yùn)行方式如上圖所示)
SD27到SD20通過開和關(guān)兩個狀態(tài)控制輸入數(shù)據(jù)
而S3 S2 S1 S0和Cn控制運(yùn)算的類型(Cn只用于移位運(yùn)算)
四、實驗內(nèi)容
(1) 按圖1-1-5連接實驗電路，并檢查無誤。圖中將用戶需要連接的信號用圓圈標(biāo)明(其它實驗相同)。
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