实 验 报 告
实验一 基本运算器实验
1、实验目的
（一）了解运算器的组成结构；
（二） 掌握运算器的工作原理；
（三）熟悉运算器的数据传送通路；
（四）按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑、移位运算。
2、实验原理
运算器内部包含三个独立运算部件，分为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存在暂存 器 A 和暂存器 B 之中。 三个部件同时接受来自 A 和 B 的数据，各部件对操作数进行何种运算由控制 信号 S3.S2.S1.S0 和 CN 决定。任何时候， 多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为 ALU 的 输出。如果是影响进位的计算，还将置进位标志 FC，在运算结果输出前，置 ALU 零标志。 ALU 中所
有模块集中在一片 CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)中。
移位运算部件由逻辑门构成，采用桶形移位器，用交叉开关矩阵（8X8）实现。 原理以图 1.2 所 示（以 4X4 的矩阵为例），每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，即可
实现移位功能：
- 如果是逻辑左移或者逻辑右移，将一条对角线的开关导通；
- 对于循环右移，则是将右移对角线与互补的左移对角线一起激活；
- 对于未连接的输出位，移位时采用符号扩展或者 0 填充。
图 1.2 交叉开关桶形移位器原理图
运算器部件由一片 CPLD 实现。 ALU 的输入和输出通过三态门 74LS245 连接到 CPU 内部总线上。
除 T4 和 CLR 外，其余信号均来自于 ALU 单元的排线座，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，其余控制信号均由 CON 单元的二进制数据开关模拟给出。控制信号中除了 T4 是脉冲信号外，其
余均为电平信号，其中 ALU_B 为低电平有效，其它为高电平有效。
ALU 和外围电路的连接如图 1.3 所示，图中小方框代表排针座。
图 1.3 ALU 和外围电路连接原理图
另外还有指示灯表明进位标志 FC 和零标志 FZ。暂存器 A 的数据（A7…A0）和暂存器 B 的数据
（B7…B0）均可在 LED 灯上实时显示，数据总线 D7…D0 也是如此。如图 1.4 所示。
图 1.4 FC、FZ、暂存器和数据的 LED 显示
运算器逻辑功能表如表 1.1 所示，表中“X”为任意态。
3、实验器材
TD-CMA 实验系统 1 台
PC 机 1 台，TD-CMA 系统集成操作软件
4、实验步骤
（一）实验内容要求
1．通过运算器的三种功能设置，验证下述运算并完成运算结果记录表；
| 运算类型 | A | B | S3 S2 S1 S0 | CN | 结果 |
| 逻辑运算 | 5A | B6 | 0 0 0 0 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) |
| 5A | B6 | 0 0 0 1 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 5A | B6 | 0 0 1 0 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 5A | B6 | 0 0 1 1 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 5A | B6 | 0 1 0 0 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 移位运算 | 5A | B6 | 0 1 0 1 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) |
| 5A | B6 | 0 1 1 0 | 0 | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 1 | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | ||||
| 5A | B6 | 0 1 1 1 | 0 | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 1 | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | ||||
| 算术运算 | 5A | B6 | 1 0 0 0 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) |
| 5A | B6 | 1 0 0 1 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 5A | B6 | 1 0 1 0 (FC=0) | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 1 0 1 0 (FC=1) | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |||
| 5A | B6 | 1 0 1 1 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 5A | B6 | 1 1 0 0 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) | |
| 5A | B6 | 1 1 0 1 | X | F=( ) FC=( ) FZ=( ) |
表 1.2 实验结果记录表
2．通过软件中的数据通路图观测实验结果。
（二）实验步骤
1．按照图 1.5 连接实验电路，并检查无误！！
图 1.5 实验接线图
2．将时序和操作台单元的开关 KK2 置为“单拍 ”档， KK1、KK3 置为“运行 ”档。
3. 打开电源开关。如果听到“嘀”报警声， 说明存在总线竞争现象， 应立即关闭电源， 重新
检查接线，直到错误排除。
4. 按动 CON 单元的 CLR 按钮，将运算器的暂存器 A、B 和 FC、FZ 清零。
5. 用输入开关向暂存器 A 置数：
1) 拨动 CON 单元的 SD27…SD20 数据开关，形成二进制数 01011010（十六进制 5A），
数据 LED 显示亮为“1”，灭为“0”。
2) 置 LDA=1、LDB=0，连续按动时序单元的 ST 按钮，产生一个 T4 上沿，则将该二进制 数 01011010 置入暂存器 A 中，暂存器 A 的值通过 ALU 单元的 A7…A0 八位 LED 灯显
示。
6. 用输入开关向暂存器 B 置数：
1) 拨动 CON 单元的 SD27…SD20 数据开关，形成二进制数 10110110（十六进制 B6），
数据 LED 显示亮为“1”，灭为“0”。
2) 置 LDA=0、LDB=1，连续按动时序单元的 ST 按钮，产生一个 T4 上沿，则将该二进制 数 10110110 置入暂存器 B 中，暂存器 B 的值通过 ALU 单元的 B7…B0 八位 LED 灯显
示。
7. 将运算器的功能设置 S3…S0 和 CN 设置为 0000X，连续按动时序单元的 ST 按钮， 观察运
算器的输出并记录。
8. 将试验箱和 PC 联机操作，通过软件中的数据通路图来观测实验结果：
1) 打开软件，选择联机软件的“【实验】 – 【运算器实验】”，打开运算器实验的
数据通路图，如图 1.6 所示。
图 1.6 数据通路图
2) 进行上述第 5/6 步手动操作时，每按动一次 ST 按钮，数据通路图会有数据的流动， 反应当前运算器所做的操作。或者在软件中选择“【调试】 – 【单节拍】”，也相
当于时序单元状态 KK2 置为“单拍”档后按动了一次 ST 按钮。
9. 按照实验结果记录表 1.2 的要求，分别改变暂存器A、暂存器B、运算器的功能设置 S3…S0、
FC 和 CN，观察运算器的输出并记录。
5、实验结果及分析
6、
心得体会
学习了一个学期的《计算机组成原理》这门课程。在郄君老师给我们讲《计算机组成原理》这门课程的学期了，我们对于计算机都有了更深的认识和了解。计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一，产品不断升级换代。当前计算机正朝着巨型化、微型化、智能化、网络化等方向发展，计算机本身的性能越来越优越，应用范围也越来越广泛，从而使计算机成为工作、学习和生活中必不可少的工具。对于计算机我们只是一个小小的探索者，还有更大的知识海洋等待着我们去挖掘，去学习。
