广州大学2021计算机组成原理运算器实验（实验报告一）
一、实验目的
掌握十六位机字与字节运算的数据传输格式，验证运算功能发生器及进位控制的组合功能
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实验要求
完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉 ALU 运算控制位的运用，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，并和理论分析进行比较、验证。
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实验原理
实验中所用的运算器数据通路如图2-3-1所示。ALU运算器由CPLD描述。运算器的输出经过2片74LS245三态门与数据总线相连，2个运算寄存器AX、BX的数据输入端分别由4个74LS574锁存器锁存，锁存器的输入端与数据总线相连，准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据，经2片74LS245三态门与数据总线相连。
2-3-1运算器数据通路
上图中，AXW、BXW在“搭接态”由实验连接对应的二进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产生的负脉冲把总线上的数据打入，实现AXW、BXW写入操作。
四、实验内容与过程
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实验连线：
实验过程
算术运算
- 字算术运算
通过I/O单元“S15~S0”开关向累加器AX和暂存器BX置数
关闭AX、BX写使能，令K18=K17=“1”，按下流程分别读AX=1001、BX=0003。
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），FUN及总线单元显示AX－BX的结果为0FFE。
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），FUN及总线单元显示AX+BX的结果为1004。
2、字节算术运算
通过偶字节写，向AL累加器中写入3，BL暂存器中写入3。
令 M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1011），FUN 及总线单元显示 AL＋BL 的结果，为6，如下图
令 M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1010），FUN 及总线单元显示 AL－BL 的结果为0，实验如下图。
逻辑运算
- 字逻辑运算
AXW(K17)=1 BXW(K18)=0 OP=1，按[单拍],向AX置数1122（0001 0001 0010 0010）
AXW(K17)=0 BXW(K18)=1 OP=1，按[单拍]，向BX置数3344(0011 0011 0100 0100)
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），为逻辑与，FUN及总线显示AX逻辑与BX的结果为1100（0001 0001 0000 0000）
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），为逻辑或，FUN及总线显示AX逻辑或BX的结果为3366（0011 0011 0110 0110）。
- 字节逻辑运算
通过 I/O 单元，AXW(K17)=1 BXW(K18)=0 OP=1，按[单拍]向AX置数， AXW(K17)=0 BXW(K18)=1 OP=1，按[单拍]向BX置数
运算控制位设为（M S2 S1 S0=0000）则 FUN=AH，即 AH 内容送到数据总线。
运算控制位设为（M S2 S1 S0=0111）则 FUN=BH，即 BH 内容送到数据总线。
M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0010），为逻辑与，FUN 及总线显示 AH 逻辑与 BH 的结果。
令 M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0011），为逻辑或，FUN 及总线显示 AH 逻辑或 BH 的结果
偶字节同理
移位运算
不带进位循环左移：各位按位左移，最高位移入最低位。
不带进位循环右移：各位按位右移，最低位移入最高位
向AX中置数为6，后令M S1 S2 S3为1000，按动单拍，FUN显示为3
令M S2 S1 S0 为1001 ，进行左移操作，结果为十六进制表示的C，即12
五、实验总结
Q1:简述本实验课程的实验目的：
了解计算机的组成，以及对应的工作原理。
掌握简单运算器的数据传输方式、通用寄存器的数据通路、构成与运用、十六位总线中数据通路的“字”和“字节”操作方法及源与目的奇偶效应、存储器组织与总线组成的数据通路、指令部件的“取指”规则及地址段运用技巧。
熟悉和了解微控制器的控制原理、指令总线的数据通路与构成途径、地址总线组成结构、地址来源及集合原理，掌握程序段与数据段的寻址规则及地址部件的运用技巧。
Q2:本实验系统有几种工作方式，怎么控制切换方式？开机实现平台与装置连接需要注意什么？
- 有两种工作方式：
⑴搭接：所谓“搭接”就是在部件控位与控制器控位之间通过连接的方法形成控制电路。为此在“搭接”方式，首先考虑控制电路的连接，然后才能进行实验。
⑵在线：所谓“在线”就是以零连线为前提，为此在进入“在线”方式前必须卸取所有实验连接导线，然后再进入在线方式的实验。
- 控制切换方式的办法：工具--搜索通信端口—软件脱机模拟/硬件联机调试
- 开机实现平台与装置连接需要注意：
①由“搭接”方式转向“在线”方式时，首先卸去所有的实验连接，然后才能进入在线方式 的设置操作。
②在进入“实验电路连接”操作之前，必须判断当前的实验环境是否处“搭接”状态，若否，请首先设置搭接实验方式，然后才能进入“实验电路的搭接”
Q3：操作手册的具体用途和作用：
每章实验的各个名词的定义与规则，具体的指令所对应的功能说明，方便快速查阅。
Q4：ALU的运算功能由哪些功能开关进行设置
由M S2 S1 S0 四个控件进性设置
Q5：如何确认源部目标和目标部件：
- 源操作：X2，X1，X0为源部件选择编码，具有唯一性。
- 目的操作：o2,o1,o0为目标部件选择编码
XP进性源部件寻址，OP建立目的寻址的有效状态
学习心得：通过本次实验的数据和理论分析进行比较、验证，我们掌握了简单运算器的数据传输方式，验证运算功能发生器(74LS181) 及进位控制的组合功能.