.wd一. 实验目的及要求(1) 了解运算器的组成构造。 (2) 掌握运算器的工作原理。二. 实验模块及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 ，三个部件同时承受来自 A 和B 的数据有些处理器体系构造把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM，各部件对操作数进展何种运算由控制信号 S3S0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，一般采用穿插开关矩阵来实现，穿插开关的原理如图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那么输出连接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。使用另外的逻辑进展移位总量译码和符号判别。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，其它一样。进位标志 FC、零标志FZ和数据总线D7D0的显示原理也是如此。ALU和外围电路的连接如图1-1-4所示，图中的小方框代表排针座。 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。三. 实验步骤与结果(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一样。 (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) 翻开电源开关，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。 拨动CON单元的SD27SD20 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 。 置LDA=1，LDB=0，连续按动时序单元的 ST 按钮，产生一个 T4上沿，那么将二进制数01100101 置入暂存器 A 中，暂存器A 的值通过ALU单元的A7A0八位 LED 灯显示。 (5) 用输入开关向暂存器B 置数。 拨动CON单元的SD27SD20 数据开关，形成二进制数10100111 或其它数值。 置LDA=0，LDB=1，连续按动时序单元的 ST 按钮，产生一个T4上沿，那么将二进制数10100111 置入暂存器B 中，暂存器 B 的值通过 ALU单元的B7B0八位 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。 如果实验箱和PC联机操作，那么可通过软件中的数据通路图来观测实验结果，方法是：翻开软件，选择联机软件的“【实验】【运算器实验】，翻开运算器实验的数据通路图，如图 1-1-6所示。进展上面的手动操作，每按动一次 ST按钮，数据通路图会有数据的流动，反映当前运算器所做的操作，或在软件中选择“【调试】【单节拍】，其作用相当于将时序单元的状态开关KK2 置为单拍档后按动了一次ST按钮，数据通路图也会反映当前运算器所做的操作。 重复上述操作，并完成表1-1-2。然后改变 A、B 的值，验证 FC、FZ的锁存功能。表1-1-2 运算结果表运算类型 A B S3S2S1S0 CN 结果 65 A7 0 0 0 0 X F=65FC=0FZ=065 A7 0 0 0 1 X F=A7FC=0FZ=0逻辑运算 0 0 1 0 X F=25FC=0FZ=0 0 0 1 1 X F=E7FC=0FZ=0 0 1 0 0 X F=9AFC=0FZ=0 0 1 0 1 X F=CAFC=0FZ=0 0 1 1 00 F=32FC=0FZ=0移位运算 1 F=B2FC=1FZ=0 0 1 1 10 F=CAFC=0FZ=01 F=CAFC=0FZ=0 1 0 0 0 X F=65FC=0FZ=0 1 0 0 1 X F=0CFC=1FZ=0 1 0 1 0FC=0X F=0DFC=1FZ=0算术运算 1 0 1 0FC=1X F=0DFC=1FZ=0 1 0 1 1 X F=BEFC=1FZ=0 1 1 0 0 X F=64FC=0FZ=0 1 1 0 1 X F=66FC=0FZ=0四. 实验结果分析本次实验根据实验的根本步骤可以把线连接出来，先检测一下各种线的连接对不对，排除错误，输入A=65，B=A7。