篇一：运算器部件实验报告
实验一 运算器部件实验报告
班级 姓名 学号 日期一、实验目的
? 熟悉与深入理解4位运算器芯片Am2901的功能和内部组成，运行中要求
使用的控制信号及其各自的控制作用。
? 熟悉与深入理解用4片4位的运算器芯片构成16位的运算器部件的具体方
案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系。
? 熟悉与深入理解用2片GAL20v8芯片解决ALU最低位的进位输入信号和
最高、最低位的移位输入信号、实现4位的标志位寄存器的方案，理解为什么这些功能不能在运算器芯片之内实现而要到芯片之外另外处理。
? 明确教学计算机的运算器部件，使用总计24位的控制信号就完全确定了它
的全部运算与处理功能，脱机运算器实验中可以通过24位的微型开关提供这些控制信号。 二、实验说明
脱机运算器实验，是指让运算器从教学计算机整机中脱离出来，此时，它的全部控制与操作均需通过24位的微型开关来完成，通过开关、按键控制教学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算结果。 三、实验要求
1、实验之前认真预习，写出预习报告，包括操作步骤，实验过程所用数据和运行结果等
2、实验过程当中，要仔细进行，防止损坏设备，分析可能遇到的各种现象，判断结果是否正确，记录运行结果
3、实验之后，认真写出实验报告，包括对遇到的各种现象的分析，实验步骤和实验结果，自己在这次实验的心得体会与收获。 四、实验所使用到的控制信号
AM2901所用的控制信号
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1、将教学机设置为单步、16位、脱机状态下，即把教学机左下方的5个控制开关置为1XX00。
2、按一下RESET按键，进行初始化。
3、按照指定功能给出控制信号和数据信息，观察各信号指示灯状态。 4、按压START键，给出脉冲信号，观察各信号灯状态。 六、实验内容
1、下表中所列操作在教学机上进行运算器脱机实验。并将结果填入表中。
运算器功能所用到的控制信号
2
3
4
六、实验过程中遇到的主要问题
七、实验后的心得体会
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篇二：实验3运算器部件实验
北 京 林 业 大 学
11学年—12学年第 2 学期计算机组成原理实验任务书
专业名称： 计算机科学与技术 实验学时： 2课程名称：计算机组成原理 任课教师： 张海燕实验题目：实验三 运算器部件实验 实验环境： TEC-XP+教学实验系统、PC机实验内容
1．脱机情况下，实现往寄存器中送数、加、减、与、或、非、异或、左移、右移的运算。
2．在脱机情况下，通过数据开关拨入参加运算的数据，通过微型开关提供操作运算器运行所必需的控制信号，通过信号指示灯观察运算结果。
3．联机情况下，通过教学计算机的指令实现脱机运算器实验完成的功能。
实验目的
1．深入理解运算器芯片Am2901的功能和内部组成，运行中使用的控制信号及各自的控制作用；
2．熟悉与深入理解用4片4位的运算器芯片构成16位的运算器部件的具体方案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系；
3．明确教学计算机的运算器部件，使用总计23位的控制信号就完全确定了它的全部运算与处理功能，脱机运算器实验中可以通过24位的微型开关中的23位提供这些控制信号，教学计算机正常执行指令时（即运算器联机时），这些控制信号必须改由控制器部件来提供。在两种方式下，每一位（组）的控制功能是完全相同的。
实验要求
１．实验之前认真预习，明确实验的目的和具体实验内容，写出实验用到的数据和控制信号的取值，做好实验之前的必要准备。
２．想好实验的操作步骤，明确通过实验到底可以学习哪些知识，想一想怎么样有意识地提高教学实验的真正效果；
３．在教学实验过程中，要爱护教学实验设备，记录实验步骤中的数据和运算结果，仔细分析遇到的现象与问题，找出解决问题的办法，有意识地提高自己创新思维能力。
４．实验之后认真写出实验报告，重点在于预习时准备的内容，实验数据，运算结果的分析讨论，实验过程、遇到的现象和解决问题的办法，自己的收获体会，对改进教学实验安排的建议等。善于总结和发现问题，写好实验报告是培养实际工作能力非常重要的一个环节，应给以足够的重视。
5．请提前在ftp://202.204.125.21/zhanghaiyan/teaching_plan/本科生/计算机组成原理/实验/下载《TEC-XP＋技术说明和实验指导》，阅读P22-24的内容：2．2．3运算器部件实验。
实验说明
运算器是计算机硬件系统传统的5大功能部件之一，承担执行运算和暂存运算数据的功能，通常由执行算术逻辑运算功能的ALU线路、暂存参加ALU运算的数据和中间运算结果的通用寄存器组、支持乘除法运算的专用寄存器三部分组成，三个部分之间通过多路选择器线路实现连接，从而构成一个完整的运算器部件。
TEC-XP16系统的运算器部件的主体部分由4片4位长度的位片结构的运算器芯片Am2901组成，每片Am2901可以接收来自内部总线IB的4位输入数据，其4位输出都直接送到地址寄存器AR的不同字段（AR不属于运算器的组成部分），并且经过支持三态功能的开关门电路送到内部总线IB。
脱机运算器实验方式是指使运算器部件完全脱离与计算机主机其他部件正常的连接关系，在完全孤立出来的运算器上进行的教学实验。此时，只能通过数据开关拨入参加运算的数据，通过微型开关提供操作运算器运行所必需的控制信号，通过信号指示灯观察运算结果，操作简单，实验结果清晰易理解。 下面先把课上讲过的、与该实验直接有关的结论性内容汇总如下。 1．12位微型开关的具体控制功能分配如下：
A口、B口地址：送给AM2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号；
I8-I0：选择操作数来源、运算操作功能、选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制码；其中：
I8-6: 选择操作数处理结果和运算器输出内容的3位控制码。 I5-3：选择运算操作功能的3位控制码。 I2-0：选择操作数来源的3位控制码。
I8-I0控制信号的功能如表1-a、表1-b、表1-c所示。
SCI、SSH和SST：用于确定运算器最低位的进位输入、移位信号的入/出和怎样处理AM2901产生的状态标志位的结果。
表1-a I2-0控制信号的功能（选择操作数来源）
其中：
R、S：表示两个操作数。
A、B：源与目的操作数的寄存器编号； Q：乘商寄存器； D：立即数。
表1-b I5-3控制信号的功能（选择运算操作功能）
表1-c I8-6控制信号的功能（选择操作数处理结果和运算器输出内容）
2．开关位置说明：
做脱机运算器实验时，要用到提供24位控制信号的微动开关和提供16位数据的拨动开关。微动开关是红色的，一共有三个，一个微动开关可以提供12位的控制信号，三个开关分别标有SW1 micro switch、SW2 micro switch和SW3 micro switch，它们对应的控制信号见表2；数据开关是黑色的，左边的标有SWH的是高8位，右边的标有SWL的是低8位。
表2 微动开关与控制信号对应关系(由左到右)
MIO、REQ、WE：内存读写和I/O读写
I8~I6：Y的输出、通用寄存器接收、Q寄存器接收 I5~I3：运算功能选择
I2~I0：数据组合选择状态
A口、B口：用于选择源与目的操作数的寄存器编号 SST：处理状态标志位的结果
SSH、SCI：最低位的进位、移位信号的入/出 DC1、DC2：用于中断
其中MIO、REQ、WE控制信号的控制功能如表3所示，SST控制信号的控制功能如表4所示，SSHSCI控制信号的控制功能如表5所示。
表3 MIO、REQ、WE控制信号的控制功能
表4 SST控制信号的控制功能
表5 SSHSCI控制信号的控制功能
篇三：组成原理 基本运算器实验
计算机与信息工程学院实验报告
注：硬件类实验报告请按附录1的格式填写；软件类实验报告请按附录2的格式填写。填写时应去掉红色的提示语。
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附录1：硬件类实验报告
一、 实验内容
计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由CPU 中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件ALU。因此本次实验内容要了解基本的运算器和运算器的基本结构。
二、 实验目的及要求
(1)了解运算器的组成结构。 (2)掌握运算器的工作原理。
三、 实验原理
本实验的原理如图 1-1-1 所示。
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。
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·2·
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。
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。运算器的逻辑功能表如表 1-1-1 所示，其中 S3 S2 S1 S0 CN 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。
表 1-1-1 运算器逻辑功能表
*表中“X”为任意态，下同
四、 使用实验设备、仪器、材料
PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套。
五、 实验方法过程（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）。
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(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。
① 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’。
② 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。
① 拨动 CON 单元的 SD27?SD20 数据开关，形成二进制数 10100111（或其它数值）。 ② 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。
六、 实验过程原始记录(数据、图表、计算等)
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七、 实验结果及分析
在实验中，由于实验条件、测量仪器、测量方法以及测量技术等因素的影响，使得测量值与客观真值之间存在着差值，这个差值叫做误差。因此，要对测量值与真值进行误差分析。误差分析可从下面两方面着手进行。（1）系统误差。其特点是：在相同实验条件下，对同一量进行反复多次测量时，误差总保持不变，或者测业条件改变时，误差可按一定规律变化。它产生的原因有：a．由于仪器本身缺陷或者没有按规定条件使用造成的误差；ｂ．方法误差；c．由于实验者生理上的缺欠，如估计读数时始终偏大或偏小，反应总是快或慢造成的误差。消除系统误差，可用等精度测量，或者通过多次测量。（2）随机误差。其特点是：在相同条件下，对同一量进行多次测量时，在极力消除或者改正一切明显误差后，每次测量的误差以不可预知的方式变化着，这叫做随机误差。
对于非测量的实验，当然无须记录数据、分析误差、进行计算。其结果部分，主要描述和分析实验中所发生的现象，例如化学实验中反应速度的快慢，放热还是吸热，生成物的形态、颜色及气味；金相或岩相实验，拍摄的显微照片；电学实验，观察到的波形图，等等。
因实验结果部分是整个实验的核心和成果，在写作前，一般应将数据整理好，并列出表格，写作时分好类，按一定顺序安排好数字、表格及图，并做必要的说明。为了准确起见，最好采用专业术语来描写，不许任何夸张，引用的数据必须是真实的，结论必须可靠，图与表格要符合规范要求，数字的记录方法和处理方法必须符合规定，否则，将会使整个实验报告丧失价值。
结论是根据实验结果所做出的最后判断，并将实验结果逐条列出，叙述时应该采用肯定的语言，可以引用关键性数据，一般不应再列出图和表格。
讨论是对思考题的回答，对异常现象或数据的解释，对实验方法及装置提出改进建议。通常分条进行讨论，说明也比较简单，如影响实验的根本因素是什么？提高与扩大实验结果的途径是什么？实验中发现了哪些规律？实验中观察到哪些现象？将实验结果与理论结果相对照，解释它们之间存在的差异，测量的误差分析。如果认为没有必要讨论，那么也可以不写。对整个实验的数据、波形、实验现象用所学的知识进行分析讨论，并加以总结。
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《运算器部件实验》
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