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盘算机构成原理——TEC-2运算器实行

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冯武鸣 显示全部楼层 发表于 2022-1-16 09:17:40 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
《盘算机构成原理》

实验名称: TEC-2实验盘算机运算器实验
实验地点:10-413
一.实验目标

1.     相识和把握Am2901运算器的构成布局和工作原理;
2.     认识和把握TEC-2机运算器的构成和工作原理;
3.    认识和把握TEC-2机运算器相干控制信号的寄义和利用方法;
二.实验原理

1.概述   
运算器部件是盘算机五大功能部件中的数据加工部件。
运算器的重要功能是完成对数据的算术和逻辑运算,由其内部的一个被称为算术与逻辑运算部件(ALU)来实现,它在给出运算效果的同时,还给出运算效果的标记,如溢出否,进位否,效果为零否和符号正负等,这些标记都生存在一个状态寄存器中。 
运算器的第二项功能,是暂存将加入运算的数据和中央效果,由其内部的一个寄存器来负担。由于这些寄存器可被汇编步伐直接访问与利用,因此将它们称为通用寄存器,以区别那些盘算机内部设置的、不能为汇编步伐员访问的专用寄存器。 
为了用硬件线路完成步伐指令运算,运算器内一样平常另有一个能自行左右移位的专用寄存器,称为乘商寄存器。 
TEC-2实验机的运算器焦点部门是Am2901。Am2901芯片是一个4位的位片布局的完备的运算器部件。 
对运算器的控制与操纵,指的是怎样让运算器完成所预期的操纵功能。这是通过精确地向其提供控制信号。包罗选哪个(哪些)数据加入运算,实验何种运算功能,对运算效果(值和特性)怎样生存与送出等;同时,要办理精确向运算器提供加入运算数据的种种题目,包罗从外部向运算器送入数据,精确给出ALU最低的进位信号,运算器左右移位操纵中的移位输入信号等。给出精确的数据的泉源和精确的控制信号,运算器就实验规定的操纵功能。在盘算机团体运行过程中,运算器用到的控制信号是由盘算机的控制部件提供;从教学实验需求思量,如TEC-2机运算器运行中用到的数据和控制信号,也可以通过该教学盘算机上的16个手拨数据开关和24个手拨微型开关来实现。 
2 .Am2901 运算器  
一、 Am2901芯片内部构成布局 
Am2901芯片是一个4位的位片布局运算部件,是一个完备的运算器,只是位数较少,具有很好的范例性,是个理想的教学实例。其内部构成布局如下图所示:
 

(1)4位的ALU,实现8种运算功能,其每一位上的2个输入数据分别用R和S体现。这八种功能的选择控制,是用外部送入的3位编码值I5~I3实现的。ALU还能给出Cn+4、F、OVR和F=0000四位状态信息,并能继承最低位的一个输入信号Cn。  

(2)16个4位的通用寄存器组,用R0~R15体现,和一个4位的Q寄存器,通用寄存器组为双端读出和单端控制,而且运算后的效果颠末一个移位器实现写入。Q寄存器本身具有左移右移功能且能继承ALU的运算效果。  

(3)能吸取外部送入的4位数据D3~D0,并输入4位的数据Y3~Y0。  

(4)从图上可以看到,ALU的两个输入端R和S分别可以吸取D输入,A端口或逻辑0数据,和A端口、B端口、Q寄存器和逻辑0数据。  

(5)Am2901还采取别的3位外部送来的控制信号I8~I6。  

(6)通用寄存器组通过A端口,B端口读出内容的输出处均有锁存器线路支持,以包管在实验诸如A+B效果送B运算时操纵的精确性。

3.Am2901的级联布局

一片4位的Am2901芯片的引脚信号如图2-2所示。此中A3~A0、B3~B0 用于输入选中的通用寄存器地点(0000~1111分别对应于Ro~R1s); I~Io用于运算过程的控制信号; D3~D0用于输入外部数据;Y3~Y0用于输出运算的效果;CP为时钟信号;/OE为选通讯号;RAM3、RAM0为运算效果左右移时的移出位;Q3、Q0为乘商寄存器Q左右移时的移出位;Cy、F=0、Over、F3分别为进位标记位、零标记位、溢出标记位、符号标记位; Cin 为外部输入的最低进位位。



 
4. Am2901的操纵时序


图3.3  Am2901的时钟信号的作用

5. Am2901芯片的控制信号及其控制码与操纵 

 Am2901戏弄的控制信号有9个,即I8~I0,这9个控制信号分为三组,它们是: 

(1)I8、I7、I6:选择运算效果或有关数据以何种方式送往那边; 

(2)I5、I4、I3:选择ALU的运算功能,共八种;  

(3)I2、I1、I0:选择送入举行运算的两个操纵数据R和S的泉源。 这三种控制信号与相干控制码的关系如下表3.1所示: 

表3.1 Am2901 9个控制信号I8~I0


 

6. TEC-2机运算器


 
图3.6  完备的16位运算器的构成框图

4片间的毗连关系是:  

16位的数据输入有4片各各自的D3~D0构成,其位序号从高位芯片向低位芯片次序排成D15~D0。  

16位的数据输出由4片各自的Y3~Y0构成,其为序号从高位芯片向低位芯片次序排成Y1~Y0。  

高职位进位关系的3组信号。  

其他的计组输入信号,对4 片Am2901期间来说应该有雷同的值,包罗/OE(控制选通Y的输出),A地点,B地点,I8~I0,和工作脉冲CP,故应将4个芯片的这些管脚毗连一起。   

 6. TEC-2机运算器部件的辅助构成部门    

 **标记位的寄义及取值:      

S:符号标记,负数为1;      

V:溢出标记,溢出则为1;      

Z:运算效果标记,效果为0则为1;     

 C:进/借位标记,有则为1    

三位微码与这8种处理惩罚的对应关系,以用表格情势给出在TEC-2的操纵卡上,  如表3.2所示。  

表3.2三位微码与状态位的关系表



运算器最低位进位信号的给出与控制(SCi)   
运算器最低位的进位信号Cin大概为0、1、c标记的值,为了测试与实验方便,偶然  可送入一个连续的方波信号,当认运算实验16位全1与这个最低位的进位方波信号相加  时,则加法器每一位的输出效果均为方波,有利于观察和测试。

 

运算器最高位,最低位的一如信号(SSH)

 

阐明: 
 • 表中“X”为恣意值,体现取恣意值都不受影响 
• 当通用寄存器本身移位时,Q寄存器不受影响 
 • 乘除法运算要求通用寄存器与Q寄存器团结移位,没有Q寄存器单独移位功能
 • 左右移是由指令功能确定的 
• SSH 为0,用于逻辑移位指令  
为1,用于循环移位指令  
为2,用于乘除法运算的团结移位及上商 
为3,用于算术右移指令,或补码乘法盘算
三.实验内容:

脱机和联机时运算器实验
在脱机与联机两种方式下,可以用一些数据实现多种运算,以控制其操纵过程与功能
查抄所得效果的精确性。
(一) 脱机方式
1.    将TEC-2机功能开关FS4置为“1”。
2.    将TEC-2机主脉冲置为单步方式,即将STEP/CONT开关拨向STEP一边。
3.    用D0+0→R0将立刻数D0(A000H)置入寄存器R0(0000)。详细的微型开关和数据开关按下表举行设置:
波特率开关   数据开关
SW2(共12位,最末三位未用)     SW1(共12位)
MI876    MI543    MI210    未用       A口 B口(R0)   SCi  SSH D15-D0
011  000  111  000  0000       0000       00   00   A000H
设置好各控制信号(MI8-MI0),并设置好十六位数据开关为“A000H”,即“1010 0000 0000 0000”后,按压一次STEP键,将立刻数D0置入寄存器R0中。

4.    用D1+0→R1将立刻数D1(4000H)置入寄存器R1(0001)。详细的微型开关和数据开关按下表举行设置:
波特率开关   数据开关
SW2(共12位,最末三位未用)     SW1(共12位)
MI876    MI543    MI210    未用       A口 B口(R1)   SCi  SSH D15-D0
011  000  111  000  0000       0001       00   00   4000H
用同样的方法将立刻数D1置入寄存器R1中。
5.    对寄存器R0、R1初始化后,便可对R0和R1举行各种算术、逻辑运算,此时R0生存的数据为D0(A000H),R1生存的数据为D1(4000H)。
6.    将开关S2 S1 S0置于“110”时,指示灯将体现ALU的运算效果;将开关S2 S1 S0置于“000”时,指示灯将体现SVZC的状态,对应TEC-2机上H25 = S,H26 = V,H27 = Z,H28 = C。

7.    对R0和R1举行各种算术、逻辑运算。

(二) 联机方式
启动TEC-2机,进入监控步伐状态:详细操纵如下:

1.    将TEC-2机的FS1~FS4置为1010,STEP/CONT置成CONT。
2.    打开盘算机电源开关,使盘算机正常启动。打开TEC-2电源开关,TEC-2大板左上角一排指示灯亮。
3.    运行通讯步伐PCEC,在DOS下下令提示(按默认设置:选择1,N)。联机后,进入联机状态,用A下令输入下列步伐:(ENTER体现)
>A800 ENTER
MOV     R0,A000
      MOV     R1,4000
   ADD     R0, R1
      SUB     R0,R1
      OR      R0,R1
      AND     R0,R1
      XOR     RO, R1
      ADC     R0, R1
      SHL    RO
      INC    RO 
      RET
4.    用“G”下令运行步伐
在下令行提示符状态下输入:
> G800
实验上面输入的步伐
5.    用“R”下令观察运行效果及状态
在下令行提示符状态下输入:
>R
观察运行效果及状态
屏幕将体现:
R0=8001  R1=4000……
6.    用“T”或“P”下令单步实验
在下令行提示符状态下输入:
>T

>P
实验之后,观察运行效果及状态
      
四.  实验东西

1.    TEC-2机一台,电脑一台
2.    TEC-2模仿软件一套


                                         
      

五.  实验分析与筹划

1.    脱机实验

用D0+0→R0将立刻数D0置入寄存器R0


用D1+0→R1将立刻数D1置入寄存器R1


通过上述实验步调,得到精确的如下效果:


2.    联机实验

                                         
启动TEC-2机,进入监控步伐状态:将TEC-2机的FS1~FS4置为1010,STEP/CONT置成CONT,点击监控步伐。
根据上述实验步调得到如下精确效果:


                                  


六.  思考题

在脱机方式下举行运算器实验时,在按STEP键之前和按STEP键之后,ALU的输出效果及状态SVZC有何差别,为什么?根据Am2901运算器的构成布局及其工作原理加以阐明。
设置好相应微码和AB口地点之后,立刻输出该运算功能的运算效果,此时ALU也已经得到SVZC的值,但并没有传给标记寄存器。按STEP之后,ALU的输出效果则为运算器再做一次运算的效果,这时SVZC所体现的值则为上一步标记位寄存器的值。
从Am2901的内部布局图可以看出,A口和B口寄存器在送入ALU之前会颠末对应的锁存器,在没有按STEP前,即不产生任何脉冲信号前,当前锁存器内生存的数据与SVZC内生存的数据与寄存器中当前的数据无关,此时修改了MI8~0,就修改了运算方式,会对锁存器中当前的值举行运算,效果会立刻体如今ALU输出中。查察Am2901的时钟信号的作用可以知道,降落沿信号会促发A、B数据锁存。因此,按压STEP后,当前盘算的效果会写入锁存器中,好比R1+R0->RO。此时锁存器中的值被改变了,同时改变的另有LU的输出效果和SVZC的值,由于ALU是利用锁存器的当前值举行盘算的。
                                         


七.  实验心得

通过本次实验,让我对TEC-2的利用有了开端的明白,还根本相识和把握Am2901运算器的构成布局和工作原理,认识和把握TEC-2机运算器相干控制信号的寄义和利用方法,并可以办理一些较为复杂的题目,但是并没有熟练把握此中的一些本事。本来的纸面形貌并不能真正明白,但通过实验动手操纵,对其内部处理惩罚有了进一步相识,从而增强了对其功能的深刻明白。乐成的认识和把握TEC-2机运算器的构成和工作原理;且认识和把握TEC-2机运算器相干控制信号的寄义和利用方法。


 


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