TEC-2实验计算机运算器实验

TEC-2实验计算机运算器实验

一．实验目的

1. 了解和掌握Am2901运算器的组成结构和工作原理；
2. 认识和掌握TEC-2机运算器的组成和工作原理；
3. 认识和掌握TEC-2机运算器相关控制信号的含义和使用方法；

二．实验原理
TEC-2实验计算机是为计算机组成原理的教学与实验而研制的实验计算机。有两种方式实验:高级方式实验一联机实验，初级方式实验一脱机实验。
（一）脱机方式
本实验即是采用脱机实验的方法，对运算器的原理和功能进行探究。首先，运算器部件是计算机五大功能部件中的数据加工部件。
运算器的首要功能是完成对数据的算术和逻辑运算，由其内部的应该被称为算术与逻辑运算部件(ALU)来实现，它在给出运算结果的同时，还给出运算结果的标志，如溢出与否进位否，结果为零否和符号正负等，这些标志都保存在一个状态寄存器中。
运算器的得二项功能，是哲存将参加运算的数据和中间结果，由其内部的一个寄存器来承担。因为这些寄存器可被汇编程序直接方位与使用，因此将它们成为通用寄存器，以区别那些计算机内部设置的，不能为汇编程序员访问的专用寄存器。
为了用硬件线路完成程序指令运算，运算器内一股还有一个能自行左右移位的专用寄存器，称为乘商寄存器。
运算器核心部分是Am2901。Am2901芯片是一个4位的位片结构的完整的运算器部件
对运算器的控制与操作，指的是如何让运算器完成所预期的操作功能。这是通过正确的向其提供控制信号。包括选哪个《哪些)数据参加运算，执行何种运算功能，对运算结果(值和特征)如何保存与送出等:同时，要解决正确运算器提供参加运算数据的种种问题，包括从外部向运算器送入数据，正确给出U最低的进位信号，运算器左右移位操作中的移位输入信号等。给出正确的数据的来源和正确的控制信号，运算器就执行规定的操作功能。在计算机整体运行过程中，运算器用到的控制信号是由计算机的控制部件提供:;从教学实验需求考虑，如TEC-2机运算器运行中用到的数据和控制信号，也可以通过该教学计算机上的16个手拨数据开关和24个手按微型开关来实现。

三．实验内容：
脱机和联机时运算器实验
在脱机与联机两种方式下，可以用一些数据实现多种运算，以控制其操作过程与功能
检查所得结果的正确性。
(一) 脱机方式

1. 将TEC-2机功能开关FS4置为“1”。

2. 将TEC-2机主脉冲置为单步方式，即将STEP/CONT开关拨向STEP一边。

3. 用D0+0→R0将立即数D0（A000H）置入寄存器R0（0000）。具体的微型开关和数据开关按下表进行设置：
   波特率开关 数据开关
   SW2（共12位，最末三位未用） SW1（共12位）
   MI876 MI543 MI210 未用 A口 B口（R0） SCi SSH D15-D0
   011 000 111 000 0000 0000 00 00 A000H
   设置好各控制信号（MI8-MI0），并设置好十六位数据开关为“A000H”，即“1010 0000 0000 0000”后，按压一次STEP键，将立即数D0置入寄存器R0中。

4. 用D1+0→R1将立即数D1（4000H）置入寄存器R1（0001）。具体的微型开关和数据开关按下表进行设置：
   波特率开关 数据开关
   SW2（共12位，最末三位未用） SW1（共12位）
   MI876 MI543 MI210 未用 A口 B口（R1） SCi SSH D15-D0
   011 000 111 000 0000 0001 00 00 4000H
   用同样的方法将立即数D1置入寄存器R1中。

5. 对寄存器R0、R1初始化后，便可对R0和R1进行各种算术、逻辑运算，此时R0保存的数据为D0（A000H），R1保存的数据为D1（4000H）。

6. 将开关S2 S1 S0置于“110”时，指示灯将显示ALU的运算结果；将开关S2 S1 S0置于“000”时，指示灯将显示SVZC的状态，对应TEC-2机上H25 = S，H26 = V，H27 = Z，H28 = C。

7. 对R0和R1进行各种算术、逻辑运算。

(二) 联机方式

启动TEC-2机，进入监控程序状态：具体操作如下：

1. 将TEC-2机的FS1~FS4置为1010，STEP/CONT置成CONT。
2. 打开计算机电源开关，使计算机正常启动。打开TEC-2电源开关，TEC-2大板左上角一排指示灯亮。
3. 运行通讯程序PCEC，在DOS下命令提示（按默认设置：选择1，N）。联机后，进入联机状态，用A命令输入下列程序：(ENTER表示)

A800 ENTER
MOV R0，A000
MOV R1，4000
ADD R0, R1
SUB R0，R1
OR R0，R1
AND R0，R1
XOR RO, R1
ADC R0, R1
SHL RO
INC RO
RET

4. 用“G”命令运行程序
   在命令行提示符状态下输入：

G800
执行上面输入的程序

5. 用“R”命令观察运行结果及状态
   在命令行提示符状态下输入:

R
观察运行结果及状态
屏幕将显示：
R0=8001 R1=4000……

6. 用“T”或“P”命令单步执行
   在命令行提示符状态下输入：

T
或
P
执行之后，观察运行结果及状态

四. 实验器材
7. TEC-2机一台，电脑一台
8. TEC-2模拟软件一套

五. 实验分析与设计

1.脱机实验

(1)设置R0

(2)设置R1

(3)作R0+R1->R0运算
Step前


Step后


（4）作R0+0->R0运算
Step前


Step后


（5）作R0R1->R0运算
Step前


Step后


（6）作R0R1->R0运算
Step后


Step后


2. 联机实验


以上实验结果与预期结果一致。

六. 思考题
在脱机方式下进行运算器实验时，在按STEP键之前和按STEP键之后，ALU的输出结果及状态SVZC有何不同，为什么？根据Am2901运算器的组成结构及其工作原理加以说明。
从Am2901的内部结构图可以看出，A口和B口寄存器在送入ALU之前会经过对应的锁存器，在没有按STEP前，即不产生任何脉冲信号前，当前锁存器内保存的数据与SVZC内保存的数据与寄存器中当前的数据无关，此时修改了MI8~0，就修改了运算方式，会对锁存器中当前的值进行运算，结果会马上显示在ALU輸出中。査看Am2901的时钟信号的作用可以知道，下降沿信号会促发A、B数据锁存。因此，按压STEP后，当前计算的结果会写入锁存器中，比如R1+R0-＞RO。此时锁存器中的值被改变了，同时改变的还有LU的输出结果和SVZC的值，因为ALU是使用锁存器的当前值进行计算的。

七. 实验心得
脱机实验操作起来有点麻烦，需要有耐心；另外，个人试了试，好像不能使SVZC为1111，因为s和z是相斥的，不能同时实现1。