计算机组成原理实验报告

计算机组成原理实验报告范文

实验一 基本运算器实验

一、实验目的

1. 了解运算器的组成结构

2. 掌握运算器的工作原理

3. 深刻理解运算器的控制信号

二、实验设备

pc机一台、td-cma实验系统一套

三、实验原理

1. (思考题)运算器的组成包括算数逻辑运算单元alu(arithmetic and logic unit)、浮点运算单元fpu(floating point unit)、通用寄存器组、专用寄存器组。

① 算术逻辑运算单元alu(arithmetic and logic unit)

alu主要完成对二进制数据的定点算术运算(加减乘除)、逻辑运算(与或非异或)以及移位操作。在某些cpu中还有专门用于处理移位操作的移位器。

通常alu由两个输入端和一个输出端。整数单元有时也称为ieu(integer e_ecution unit)。我们通常所说的“cpu是__位的”就是指alu所能处理的数据的位数。

② 浮点运算单元fpu(floating point unit)

fpu主要负责浮点运算和高精度整数运算。有些fpu还具有向量运算的功能，另外一些则有专门的向量处理单元。

③ 通用寄存器组

通用寄存器组是一组最快的存储器，用来保存参加运算的操作数和中间结果。

④ 专用寄存器

专用寄存器通常是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由cpu自己控制，表明某种状态。

而运算器内部有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，逻辑运算部件由逻辑门构成，而后面又有专门的算术运算部件设计实验。

下图为运算器内部原理构造图

2. 运算器的控制信号 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(脉冲信号)，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。 下图为alu和外围电路的连接。图中的小方框代表排针座。

在运算器的工作过程中，s3 s2 s1 s0 和cn为控制信号，fc为进位标志，fz为运算器零标志。运算器的逻辑功能见下表，表中功能栏的fc、fz表示当前运算会影响到该标志。

(思考题)运算器功能的选择：

如图在表中，可以通过调整s3 s2 s1 s0和cn的值来改变运算类型，功能如上图所示，不同的s3 s2 s1 s0和cn的值对应不同的运算类型和结果。

con单元的数据开关控制数据的形成。

(思考题)运算器的数据通路：

以下为数据通路图

(思考题)运算器的各组成部件的控制信号的作用:

lda和ldb控制存入数据的位置(具体运行方式如上图所示)

sd27到sd20通过开和关两个状态控制输入数据

而s3 s2 s1 s0和cn控制运算的类型(cn只用于移位运算)

四、实验内容

(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(其它实验相同)。