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1、1,计算机组成原理实验 任课教师：刘万成,2,实验二：脱机运算器实验 （2） 实验一：监控程序与简单汇编语言程序设计 （1） 实验三：存储器扩展实验 （1） 实验四：微程序控制器实验 （2） 实验五：中断实验 （1）,实验教学安排,3,实验考核方法,计算机组成原理实验成绩为20分。 实验成绩包括： 考勤 课上完成实验情况 实验报告 综合作业,4,第一部分：实验须知,实验预习 实验报告实验报告是实验后的书面总结，通过对实验现象的整理、分析、总结，可加深对所学理论知识的理解。 实验守则（1） 保持实验室的整洁。（2） 严禁带电接线和拆线，不要用手触及任何带电部分。（3）非所需实验设备，不经老师允许
2、不得乱动。（4）发生故障时，必须立即断电，并马上报告老师。,5,第二部分：TH-union 教学计算机介绍,微程序 控制器,RESET,START 按键,运行功能选择开关 单步，手拨，组合逻辑，联机 8位， 连续，内存， 微程序，脱机 16位，,两个12位的 微型开关,16位的 手拨输入开关,5V电源,电源 开关,组合逻辑 控制器,运算器,内存储器,串口电路,I86 I53 I20 SST SCI SSH A口 B口,6,选用中小规模集成电路实现的教学计算机系统的组成,计算机 终端,PC机,微程序 控制器,运算器 (16 位),主存储器 （16位）,按键 开关 指示灯,串行接口,接口实验 中断
3、实验 内存扩展实验,电源 +5V,硬布线 控制器,作为最底层的输入/输出手段，开关手拨数据输入，指示灯显示输出的操作方式还是应该有的。对提高学生的实验动手能力也很有用处。,实验二：脱机运算器实验,第三部分：实验项目,8,实验目的深入了解AM2901运算器的功能与具体用法，掌握用AM2901完成各种运算操作时各控制信号的使用，观察指令执行的结果对状态标志的影响；了解4片AM2901的级联方式，深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识。 实验说明1、位片结构的运算器芯片Am2901Am2901芯片是一个 4位的位片结构的、完整的运算器器件，作为教学内容的实例具有很好的典型性。,9,微程序 控制
4、器,RESET,START 按键,运行功能选择开关 单步，手拨，组合逻辑，联机 ， 8位 连续，内存， 微程序，脱机 ， 16位,两个12位的 微型开关,16位的 手拨输入开关,5V电源,电源 开关,组合逻辑 控制器,运算器,内存储器,串口电路,I86 I53 I20 SST SCI SSH A口 B口,TH-union 教学计算机,Am2901的内部组成与功能,10,11,组成 算逻运算 部件 1 6 个 累加器 乘商寄存器 Q 5组多路选择门,功能8 种 运算功能 8 种 数据组合 8 种 结果处理,12,A L U S R,Cn,F,F3 F=0000 OVR Cn+4,第一个组成部分是
5、 算逻运算部件ALU, 完成 3 种算术运算 和 5 种逻辑运算，共计 8 种功能。,其输出为 F，两路输入为 S、R，最低位进位Cn，4个状态输出信号如图所示,符号位 结果为零 结果溢出 进位输出,RS RS,8 种运算功能,000 001 010 011 100 101 110 111,3 位功能选择码,R+S SR RS R S RS,RS,13,B 16个 A 通用寄存器,A L U S R,B锁存器,A锁存器,Cn,F,F3 F=0000 OVR Cn+4,A口地址,B口地址,第二个组成部分 是通用寄存器组 由16个寄存器构 成，并通过B口 与A口地址选择 被读的寄存器， B口地址还
6、用于 指定写入寄存器,通过B口地址、 A口地址读出的 数据将送到B、 A锁存器，要写 入寄存器的数据 由一个多路选择 器送来。,（写入）,该寄存器组的写入，只能用B 地址实现，写入数据是ALU的输出经三选一门（移位器）送到寄存器组的输入端。移位器可执行直送、左移一位、右移一位的操作，使加减等运算和移位操作可在同一操作步骤中完成。,14,第三个组成部分是乘商寄存器Q，主要用于实现硬件的乘法、除法运算。它能对自己的内容完成左右移位功能，其输出可以送往ALU，并可接收ALU的输出结果。,也可称为移位器,15,该芯片的第四个组成部分是 5 组多路数据选择电路，通过它们，实现芯片内上述三个组成成分之间的
7、联系，也实现该芯片和其外界信息的输入与输出操作。包括：,16,二选一,B 16个 A 通用寄存器,三选一,二选一,三选一,三选一,A L U S R,B锁存器,A锁存器,Q寄存器,Cn,/OE,Q3,Q0,RAM0,RAM3,F,输出Y,F3 F=0000 OVR Cn+4,输入D,A口地址,B口地址,一组二选一门， 选择把A口数据 或ALU结果送出芯片，以给出输出Y的数据，Y输出的有无还受输出使能 /OE信号的控制，仅当 /OE为低是才有Y输出 ， /OE为高，Y输出为高阻态。,Am2901 运行功能的控制,17,为了控制Am2901 运算器按我们的意图完成预期的运算操作功能，就必须向其提供
8、相应的控制信号，包括：用3组各3位的编码，分别用于选择ALU 的运算功能，输入数据，结果处置方案，具体规定如 表2-1、表2-2 和表2-3 所示。,18,RS RS,表2-1 选择8 种运算功能,000 001 010 011 100 101 110 111,R+S SR RS R S RS,RS,I5 I4 I3,运算功能,I2 I1 I0 R S 000 A Q 001 A B 010 0 Q 011 0 B 100 0 A 101 D A 110 D Q 111 D 0,表2-2 选择ALU的8 种输入数据组合,19,表2-3 选择运算器的8 种运算结果处置方案,000 QF F001
9、 F010 BF A011 BF F100 BF/2 QQ/2 F101 BF/2 F110 B2F Q2Q F111 B2F F,3位控制码,通用寄存器,Q寄存器,Y输出,I8 I7 I6,结果处置,20,Am2901的控制信号汇总表,000 Q F F R + S A Q 001 F S R A B 010 B F A R S 0 Q 011 B F F R S 0 B 100 B F/2 Q Q/2 F RS 0 A 101 B F/2 F RS D A 110 B 2F Q 2Q F RS D Q 111 B 2F F RS D 0,B Q Y,R S,编码 I8 I7 I6 I5 I
10、4 I3 I2 I1 I0,21,2、教学计算机运算器的设计与实现教学计算机运算器是由 4片Am2901芯片和一些配套电路组成，字长16位。,22,片间高速进位用 Am2902,高位 Am2901,Am2901,Am2901,低位 Am2901,Am2902 Cn+z Cn+y Cn+x,/G/P,Y1512,Y118,Y74,Y30,D1512,D118,D74,D30,OVER,F=0,F15,Cy,Cin,CP,RAM15,Q15,RAM0,Q0,A口,B口,I86 I53 I20,Vcc R,23,Am2901完成功能需要的控制信号,数据组合（ I2 I1 I0 ） 功能代码（ I5
11、I4 I3 ） 结果处理（ I8 I7 I6 ） A口地址 B口地址 最低位进位控制信号（SCI） 移位控制信号（SSH） 状态寄存器接收信号（SST）,有一些功能（数据）取决于如何使用 Am2901，与指令和指令的执行步骤有关，必须用另外的线路来处理的，包括：,24,需要在Am2901芯片外部处理的逻辑功能：,最低位进位控制信号（SCI） 移位控制信号（SSH） 状态寄存器接收信号（SST）,25,16位的 运算器,需要正确给出芯片的最低位的进位输入信号Cin ，选用3位的控制码SCI确定。,Cy F=0 OVR F15,RAM15 Q15,RAM0 Q0,最低位进位 GAL3,SCI,0 1 C,Y150,D150,B口,A口,I8I0,Cin,26,表 2-4 :,27,关于左右移位操作过程中的最高位、最低位移位输入信号的处理，选用3位的控制码SSH确定。,28,29,C,通 用 寄 存 器,
