計算機組成原理實驗報告範文

實驗一 基本運算器實驗

一、實驗目的

1. 瞭解運算器的組成結構

2. 掌握運算器的工作原理

3. 深刻理解運算器的控制信號

二、實驗設備

PC機一臺、TD-CMA實驗系統一套

三、實驗原理

1. (思考題)運算器的組成包括算數邏輯運算單元ALU(Arithmetic and Logic Unit)、浮點運算單元FPU(Floating Point Unit)、通用寄存器組、專用寄存器組。

① 算術邏輯運算單元ALU(Arithmetic and Logic Unit)

ALU主要完成對二進制數據的定點算術運算(加減乘除)、邏輯運算(與或非異或)以及移位操作。在某些CPU中還有專門用於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。整數單元有時也稱爲IEU(Integer Execution Unit)。我們通常所說的“CPU是XX位的”就是指ALU所能處理的數據的位數。

② 浮點運算單元FPU(Floating Point Unit)

FPU主要負責浮點運算和高精度整數運算。有些FPU還具有向量運算的功能，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，用來保存參加運算的操作數和中間結果。

④ 專用寄存器

專用寄存器通常是一些狀態寄存器，不能通過程序改變，由CPU自己控制，表明某種狀態。

而運算器內部有三個獨立運算部件，分別爲算術、邏輯和移位運算部件，邏輯運算部件由邏輯門構成，而後面又有專門的算術運算部件設計實驗。

下圖爲運算器內部原理構造圖

2. 運算器的控制信號 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(脈衝信號)，其餘控制信號均由CON單元的二進制數據開關模擬給出。控制信號中除T4爲脈衝信號外，其餘均爲電平信號，其中ALU_B爲低有效，其餘爲高有效。 下圖爲ALU和外圍電路的連接。圖中的小方框代表排針座。

在運算器的工作過程中，S3 S2 S1 S0 和CN爲控制信號，FC爲進位標誌，FZ爲運算器零標誌。運算器的邏輯功能見下表，表中功能欄的FC、FZ表示當前運算會影響到該標誌。

(思考題)運算器功能的選擇：

如圖在表中，可以通過調整S3 S2 S1 S0和CN的值來改變運算類型，功能如上圖所示，不同的S3 S2 S1 S0和CN的值對應不同的運算類型和結果。

CON單元的數據開關控制數據的形成。

(思考題)運算器的數據通路：

以下爲數據通路圖

(思考題)運算器的各組成部件的控制信號的作用:

LDA和LDB控制存入數據的位置(具體運行方式如上圖所示)

SD27到SD20通過開和關兩個狀態控制輸入數據

而S3 S2 S1 S0和Cn控制運算的類型(Cn只用於移位運算)

四、實驗內容

(1) 按圖1-1-5連接實驗電路，並檢查無誤。圖中將用戶需要連接的信號用圓圈標明(其它實驗相同)。