计算机科学技术系王玉芬
2012年11月3日
该篇章共有五个基础实验组成，分别是：
实验一 运算器实验
实验二 存储器实验
实验三 数据通路组成与故障分析实验
实验四 微程序控制器实验
实验五 模型机CPU组成与指令周期实验
实验一 运算器实验
运算器又称作算术逻辑运算单元（ALU），是计算机的五大基本组成部件之一，主要用来完成算术运算和逻辑运算。
（1）DR1，DR2：运算暂存器，
（2）LDDR1：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1，高电平有效。
（3）LDDR2：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2，高电平有效。
（4）S3，S2，S1，S0：确定执行哪一种算术运算或逻辑运算（运算功能表见附录1或者课本第49页）。
（5）M：M＝0执行算术操作；M＝1执行逻辑操作。
2．掌握算术逻辑运算部件的工作原理。
3.熟悉简单运算器的数据传送通路。
4.给定数据，完成各种算术运算和逻辑运算。
二、实验内容：
完成不带进位及带进位的算术运算、逻辑运算实验。
总结出不带进位及带进位运算的特点。
三、实验原理：
1.实验电路图
图4-1 运算器实验电路图
2.实验数据流图
图4-2 运算器实验数据流图
3.实验原理
运算器实验是在ALU UNIT单元进行；单板方式下，控制信号，数据，时序信号由实验仪的逻辑开关电路和时序发生器提供，SW7－SW0八个逻辑开关用于产生数据，并发送到总线上；系统方式下，其控制信号由系统机实验平台可视化软件通过管理CPU来进行控制，SW7－SW0八个逻辑开关由可视化实验平台提供数据信号。
D7－
D0
P0
注释
X X X X
X
X
0
0
0
1
55H
55H
X X X X
X
X
0
0
0
1
AAH
AAH
X X X X
X
X
1
0
0
1
55H
55H
↑
向DR1送数
X X X X
X
X
0
1
0
1
AAH
AAH
↑
向DR2送数
1 1 1 1
1
X
0
0
1
0
XXH
55H
读出DR1数
1 0 1 0
1
X
0
0
1
0
XXH
AAH
读出DR2数
X X X X
表中列出运算器实验任务的步骤同表4相同，16种算术操作和16种逻辑操作只列出了前面4种，其它实验步骤同表4相同。带“↑”的地方表示需要按一次单次脉冲P0，无“↑”的地方表示不需要按单次脉冲P0。
表1运算器实验步骤与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ示结果表
S3S2S1S0
M
/Cn
LDDR1
LDDR2
SW→
BUS
AL→
BUS
SW7―SW0
1
X
0
0
1
0
XXH
00H
逻辑运算
注意：
运算器实验时，把与T4信号相关而本实验不用的LDR0，LDR1，LDR2接低电平，否则影响实验结果。
其它注意事项：
进行系统方式实验时应注意如下几点：
XXH
00H
算术运算
0 0 0 1
1
X
0
0
1
0
XXH
00H
逻辑运算
0 0 1 0
0
1
0
0
1
0
XXH
AAH
算术运算
0 0 1 0
0
0
0
0
1
0
XXH
ABH
算术运算
0 0 1 0
1
X
0
0
1
0
XXH
55H
逻辑运算
0 0 1 1
0
1
0
0
1
0
XXH
FFH
算术运算
0 0 1 1
0
0
0
0
1
0
XXH
00H
算术运算
0 0 1 1
运算器的核心部件是加法器，加减乘除运算等都是通过加法器进行的，因此，加快运算器的速度实质上是要加快加法器的速度。机器字长n位，意味着能完成两个n位数的各种运算。就应该由n个全加器构成n位并行加法器来实现。通过本实验可以让学生对运算器有一个比较深刻的了解。
一、实验目的
1．掌握简单运算器的数据传输方式。
5．不管是手动方式还是系统方式，31个按钮开关初始状态应为“1”即对应的指示灯处于发光的状态。
6．位于UPC UNIT区的J1跳线开关应在右侧状态。
说明：开关AL－BUS；SW－BUS标识符应为“/AL-BUS;/SW-BUS”
注意事项：
AL－BUS；SW－BUS不能同时按下；因为同时按下会发生总线冲突，损坏器件。
实验前把TJ，DP对应的逻辑开关置成11状态（高电平输出），并预置下列逻辑电平状态：/ALU－BUS＝1，/PC－BUS＝1，R0－BUS＝1，R1－BUS＝1，R2－BUS＝1时序发生器处于单拍输出状态，实验是在单步状态下进行DR1，DR2的数据写入及运算，以便能清楚地看见每一步的运算过程。
实验步骤按表1进行。实验时，对表中的逻辑开关进行操作置1或清0，在对DR1，DR2存数据时，按单次脉冲P0（产生单拍T4信号）。表1中带X的为随机状态，无论是高电平还是低电平，它都不影响运算器的运算操作。总线D7－D0上接电平指示灯，显示参与运算的数据结果。
具体步骤如下：
1．实验前应将MF－OUT输出信号与MF相连接。
2．如果进行单板方式状态实验，应将开关方式状态设置成单板方式；同时将位于EDA设计区一上方P0K开关设置成手动方式位置，P1K，P2K开关位置均设置成手动方式位置。
3．如果进行系统方式调试，则按上述方式相反状态设置。
4．频率信号输出设置：在CPU1 UNIT区有四个f0-f4状态设置，在进行实验时应保证f0-f4四个信号输出只能有一个信号输出，及f0-f4只有一开关在On的位置。
X
X
1
0
0
1
AAH
AAH
↑
向DR1送数
X X X X
X
X
0
1
0
1
55H
55H
↑
向DR2送数
0 0 0 0
0
1
0
0
1
0
XXH
AAH
算术运算
0 0 0 0
0
0
0
0
1
0
XXH
ABH
算术运算
0 0 0 0
1
X
0
0
1
0
XXH
55H
逻辑运算
0 0 0 1
0
1
0
0
1
0
XXH
FFH
算术运算
0 0 0 1
0
0
0
0
1
0
（6）/CN ：/CN＝0表示ALU运算时最低位加进位1；/CN＝1则表示无进位。
（7）ALU－BUS：控制运算器的运算结果是否送到总线BUS，低电平有效。
（8）SW－BUS：控制8位数据开关SW7－SW0的开关量是否送到总线，低电平有效。
四、实验步骤：
实验前首先确定实验方式（是手动方式还是系统方式），如果在做手动方式实验则将方式选择开关置手动方式位置（31个开关状态置成单板方式）。实验箱已标明手动方式和系统方式标志。所有的实验均由手动方式来实现。如果用系统方式，则必须将系统软件安装到系统机上。将方式标志置系统模式位置。学生所做的实验均在系统机上完成。其中包括高低电平的按钮开关信号输入，状态显示均在系统机上进行。下面实验以手动方式为例进行。我们相信学生在手动方式下完成各项实验后，进入系统方式会变的更加得心应手。