运算器实验原理

脱机与联机 脱机方式是指使运算器部件完全脱离与计算机主机其他部件正常的连接关系，在完全孤立出来的运算器上进行的教学实验。此时，只能通过数据开关提供参加运算的数据，通过微型开关提供操作运算器完成运算所必需的控制信号，通过信号指示灯观察运算结果，操作简单，实验结果清晰易理解。 联机方式是指在运算器部件与计算机主机保持连接关系，教学计算机可以正常执行指令的情况下进行的以运算器为重点的教学实验。 运算器部件在计算机系统中的作用 ??地位：是计算机5大功能部件之一，运算器由算术逻辑运算单元(ALU)、通用或专用寄存器组以及内部总线3部分构成。 功能：完成对数据算术或逻辑运算处理 1、参加运算的数据来源，结果去向 2 、 指明运算的种类 运算器可以实现算术、逻辑运算 (1)明确是何种运算？ (2)明确一个运算周期是由多个时间段的组成。 3、运算器部件只有和计算机的其他部件连接才能协同完成运算指令的执行过程。 (1)接收其他部件的输入数据； (2)向其他部件输出数据； (3)输入输出数据是通过总线实现的。 总结 运算器部件要实现多种不同的功能，必须由控制器提供控制信号，运算器只是一个被动执行部件。 运算器的分类： (1)定点运算器 (2)浮点运算器 定点运算器部件概述 (3)为了实现乘除指令运算，运算器中有一个可自行左右移位的专用寄存器——Q寄存器(乘商寄存器)，不能被汇编程序员访问的专用寄存器。 (4)上述部件通过几组多路选择器电路实现相互连接，以便数据传送。 (5)运算器还要与计算机其他几个功能部件连接在一起协同运行，这就必须有接受外部数据输入和输出运算结果的逻辑电路。运算器通常还作为处理机内部传送数据的重要通路。 2. 定点运算器的控制与操作 (1)选哪一个(哪些)数据参加运算?来自哪里？ (2)执行何种运算功能? (3)对运算结果(结果的值和特征)如何保存与输出? (4)怎么样从外部向运算器输入数据? (5)如何正确给出ALU最低位的进位信号？ (6)如何给出运算器左右移位操作的移位输入信号? 总结： 数据组合有内外：(来自运算器内部)(来自运算器外部)。 运算功能说明白(ALU执行何种运算功能)。 存、移、输出巧安排(保存结果)，(有移位操作)、(什么内容)。 一、运算器芯片Am2901内部组成 (1)A口提供数据进入，参加运算； (2)B口提供数据进入，参加运算；同时允许结果输出。 (3)A地址：参加运算的数的寄存器编号 B地址：参加运算的数的寄存器编号，同时也是结果存放的寄存器编号 如： 思考 1111+0000 1111+2222 各如何实现 * 算术逻辑单元 (1)数据来源：数据通常来自运算器本身的寄存器；必须指定数据来自哪个寄存器；此外运算数据也可来自计算机内存储器或输入设备。 (2)结果去向：指定哪个寄存器来存结果？ 输出、存放运算结果：寄存器组、数据总线 暂存运算的中间结果：Q寄存器(乘商寄存器) 一个运算周期 控制信号的建立 寄存器内容输出 运算器执行运算 运算结果输出到寄存器 寄存器接收结果 数据运算线路 (组合逻辑) 数据暂存线路 (时序逻辑) 控制信号 输入数据 定点运算器的功能与组成 (1) 定点运算器主要完成对整型数据、逻辑型数据的算术与逻辑运算。算术与逻辑运算部件称为ALU。 ALU在给出运算结果的同时；也要将结果特征信息保存在几个特定的触发器中。 (2)运算器的第二项功能，是暂存将参加运算的数据和中间结果，由其内部的一组寄存器承担，称通用寄存器，该寄存器可由程序员直接访问。 总结 运算器，3大件(指上述的运算器组成的前3个部件)，运算、暂存、乘除快(指运算组成的前3个部件各自承担的主要功能)， 多路选通连起来(指上述的计算机组成的第4项内容)。 正确的控制信号和正确的数据来源才能保证运算器执行规定的运算功能。 Am2901芯片是一个4位的位片结构的运算器器件，教学计算机采用16位字长，其运算器的主体部分用4片Am2901芯片级联而成。 Q3 Q0 RAM0 RAM3 A L U S R Cn F F3 F=0000 OVR Cn+4 Q寄存器 输入D B 16个 A 通用寄存器 B锁存器 A锁存器 A口地址 B口地址 二选一 三选一 二选一 三选一 三选一 /OE 输出Y Y：输出显示 F：运算结果 1、运算器部件： 1) 、运算种类： 2)、4个结果的状态： F=0000(结果为零);Cn+4