南京工程學院
計算機工程學院
計算機組成與結構實驗報告書
實驗學生班級 k網路工程121
實驗學生姓名王雲峰
學號 240121525
實驗地點資訊樓a115
同組同學李翔240121515（合作小組朱賽傑240121533）實驗日期 11月27日
實驗儀器號
一、 實驗目的
1． 加深對am2901運算器內部組成的了解, 掌握四片am2901晶元間的連線關係, 以及它與有關外部邏輯電路的連線關係。
2． 準確把握該運算器的控制與使用, 即掌握其運算與操作功能, 以及正確地為其提供全部控制訊號及有關資料的手段與技術。
3． 初步了解運算器在計算機整機中的作用。
二、 實驗內容
1． 離線方式下運算器的控制及執行
設計控制訊號序列，在離線方式實現給定程式段的功能。記錄按壓start前後的alu的運算結果和狀態標誌。
2． 聯機方式下運算器的控制及執行
在聯機方式下，彙編並單步執行給定程式段，檢視並記錄每條指令執行後的執行結果。使用指令的單步驟執行方式，觀察與運算器相關的控制訊號的狀態。
三、實驗步驟與結果
離線的運算器實驗，在教學實驗中實現如下7項操作功能：
預期功能實現方案
r0 ←1234 資料開關撥1234，b位址給0，d+0，結果送b口選的r0
r9 ←789f 資料開關撥789f，b位址給9，d+0，結果送b口選的r9
r9 ←r9-r0 b位址9，a位址給0，最低位進製給1，b-a，結果送b口選的r9
r0 ←r0+1 b位址給0，最低位進製給1，b+0，結果送b口選的r0
r10←r0b位址給a，a位址給0，a+0，結果送b口選的r10
邏輯右移
在有了預期功能和實現方案之後，要解決的具體問題，就是依據教學計算機的簡明操作卡中的有關**中規定的內容，找出實現每一操作功能要用到的控制碼。請把表2-3中各組控制訊號的正確的取值填寫在相應位置，然後把執行結果的狀態資訊填入表2-4。
思考題：執行r0+1時，為什麼輸出y15-y0為1234，而不是1235？
左右移位時，是通用暫存器本身移位，還是它與q暫存器聯合移位是怎麼區分的？
最高、最低位的移位輸入訊號是怎麼給出的？c在移位中有什麼作用？
聯機的運算器實驗，改用教學計算機的指令實現上述離線運算器實驗完成的功能。需要指出的是不能在教學機的已有指令中實現q←r9 的處理功能，因為運算器內部的乘商暫存器q屬於彙編程式設計師是不能訪問的專用暫存器，只需完成剩餘的其他6項功能即可。例如可以用a命令建立該程式，操作步驟如下。
a 2000
2000: mvrd r0, 1234
2002: mvrd r9, 789f
2004: sub r9, r0
2005: inc r0
2006: mvrr r10,r0
2007: shr r9
2008: ret
可以用g命令執行這個程式，檢視程式的最終執行結果為：
r0的內容為1235，r9的內容為3335，r10的內容為1235。
也可以用t命令在單指令方式下執行這個程式，檢視程式的每個語句執行後的執行結果為：
第1條指令執行後，r0 的內容為1234；
第2條指令執行後，r9 的內容為789f；
第3條指令執行後，r9 的內容為666b；
第4條指令執行後，r0 的內容為1235；
第5條指令執行後，r10的內容為1235；
第6條指令執行後，r10的內容為3335，並且標誌位c的值為1；
這個程式的最後乙個語句用於結束程式的執行過程，使教學計算機返回監控狀態。
也可以用指令的單步驟執行方式執行這個程式，此時需要把上述程式的最後乙個語句從ret修改為jr 2000，再用g命令執行這個程式時，這個程式將進入無休止的迴圈執行狀態，以便有機會進入指令的單步驟執行方式。具體辦法是，在這個程式處於迴圈執行的過程中，把教學機的5個功能選擇開關中最左面的乙個（step/continue）從朝下撥為朝上的方向，使教學計算機從正常執行進入指令的單步驟執行方式。此時，教學機可能處於上述7條指令的任何一條指令的任何乙個執行步驟，此時可以通過檢視指令暫存器的內容了解正在執行的是哪一條指令，檢視當前微指令位址（執行微程式控制器）或者節拍發生器的狀態（執行組合邏輯控制器）了解正在執行的是相關指令哪乙個執行步驟，檢視提供給運算器的23位控制訊號的狀態和運算器的執行結果，上述6條指令都一定有乙個執行步驟實現的功能、使用的控制訊號的狀態與離線運算器實驗中的乙個相關步驟相對應。
這之後每按一次啟動按鈕，教學機將執行指令的乙個步驟；前一條指令執行結束後將自動進入下一條指令的執行過程，可以執行到程式中的每一條指令的每乙個執行步驟，同學可以觀察自己感興趣的全部有關結果和控制訊號的狀態。當然在這個執行過程中遇到的許多問題和相關知識目前尚未講解，會存在許多的疑問，這正好為後續的學習提供了某些線索。此時同學應該把主要注意力放到上述6條指令執行過程中的、與離線運算器實驗中的乙個相關步驟相對應的那個執行步驟，檢視運算器的執行結果和送到運算器的23位控制訊號，找出兩種實驗方式（離線與聯機）下運算器執行的相同結果，差異只是控制訊號的提供方發生了變化，離線方式下是通過24位的微型開關中的23位為運算器提供控制訊號，聯機方式下則是通過教學機的控制器為運算器提供這23位的控制訊號。
四、實驗分析與思考
1. 說明在離線方式下運算器的資料**、三組控制訊號及a、b埠的位址**。
①運算器的資料**於16位資料的撥動開關（儀器的右下角的那16個黑色的開關）
②三組控制訊號**：用24位微型開關來提供控制訊號
③ab埠位址:送給am2901器件用於選擇源與目的運算元的暫存器編號
關於上面的三個問題的敘述的**：
2. 說明在聯機方式下運算器的三組控制訊號及a、b埠的位址**。
此時可以通過pc機的輸入各種指令來提供資料了
三組控制訊號，由控制器來提供。
a,b埠位址應該還是運算元的暫存器位址吧
3. 理解alu輸出及svzc狀態在按壓start鍵前後的變化。
① alu輸出的東西是計算的結果，按start鍵之後，暫存器接收到了alu計算結果，以進行接下來的操作。
②svzc狀態在按壓start鍵前後的變化的理解：
c進製標誌（進製變1）例如本次實驗：
z是否為0(本次實驗皆為0)
v溢位標誌（本次實驗未有溢位）
s符號標誌
4．說明運算器與有關外部邏輯電路的連線關係及其控制字段。
所示。主體部分由4片4位長度的位片結構的運算器晶元am2901組成，每片am2901可以接收來自內部匯流排ib的4位輸入資料，其4位輸出都直接送到位址暫存器ar的不同字段（ar不屬於運算器的組成部分，圖中用虛線框表示），並且經過支援三態功能的開關門電路送到內部匯流排ib。還要使用mach晶元內部的部分電路提供alu最低位的進製輸入訊號和最高、最低位的移位輸入訊號，使用一片gal20v8實現4位的標誌位暫存器flag，接收alu輸出的4個標誌位訊號和來自記憶體堆疊區的4位資料（用於恢復現場狀態資訊），flag的4位輸出可以經過一片帶支援三態功能的開關門電路送到內部匯流排ib，用於儲存現場狀態資訊到堆疊區。
i8-6：y的輸出，通用暫存器接收，q暫存器接收
i5-3：運算功能選擇
i2-0：資料組合選擇狀態
sst：暫存器接收
sci：最低進製
ssh：移位控制
各個控制欄位的功能表即：
五、教師評閱
實驗四移位運算器實驗
一 實驗目的 驗證移位控制器的組合功能。二 實驗內容 1 實驗原理 移位運算實驗原理如圖4 1所示，本實驗使用一片74ls299 u34 作為移位發生器，其八位輸入 輸出端引到8芯排座aluo2，實驗時用8芯排線連至資料匯流排插座bus4。299b 訊號由開關299b提供，控制其使能端，t4為其時鐘...
運算器實驗報告
2.2 運算器實驗 實驗要求 利用cpth 實驗儀的k16.k23 開關做為dbus 資料，其它開關做為控制訊號，將資料寫累加器a和工作暫存器w，並用開關控制alu的運算方式，實現運算器的功能。實驗目的 了解模型機中算術 邏輯運算單元的控制方法。實驗電路 cpth 中的運算器由一片cpld實現，有8...
實驗一運算器組成
一 實驗目的 1.在理解有關運算器基本知識的基礎上，掌握運算器的基本組成和工作原理。2.熟悉算術 邏輯運算單元 alu 的工作原理，掌握四位alu 74ls181 晶元運算功能和具體操作。3.熟悉本實驗中運算器的資料傳輸裝置。二 實驗裝置 四位運算器晶元74181 2片 三態門74ls2442片 8...