實(shí)驗(yàn)名稱: TEC-2實(shí)驗(yàn)計算機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：10-413

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.???? 了解和掌握Am2901運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)和工作原理；

2.???? 認(rèn)識和掌握TEC-2機(jī)運(yùn)算器的組成和工作原理；

3.??? 認(rèn)識和掌握TEC-2機(jī)運(yùn)算器相關(guān)控制信號的含義和使用方法；

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二．實(shí)驗(yàn)原理

Am2901運(yùn)算器

1．Am2901 芯片內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)

AM2901 芯片是一個4位的位片結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器部件，是一個完整的運(yùn)算器，只是位數(shù)較少，具有很好的典型性，是個理想的教學(xué)實(shí)例。其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)如下圖所示：

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①。4 位的ALU，實(shí)現(xiàn)實(shí)種運(yùn)算功能，其每一位上的2個輸入端數(shù)據(jù)分別用R和S表示，則這8種功能是R+S，S-R，R-S 3種算術(shù)運(yùn)算和R S， R S， /R S， R S，/（R S）5咱邏輯運(yùn)算，這8種功能的選擇控制，是用外部送入的3位編碼值I5—I3實(shí)現(xiàn)的。ALU還能給出CN+4，F，OVR和F = 0000 4位狀態(tài)信息，并能接收最低位的一個進(jìn)位輸入信號CN。ALU還給出了超前進(jìn)位信號/G和/P。

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②。16個4位的通用寄存器組，用R0-R15表示，和1個4位的Q寄存器。通用寄存器組為雙端口讀出（用A地址與B地址選取擇每個寄存器）和單端口（用B地址選取擇）控制寫入的運(yùn)行方式，而且運(yùn)算后的結(jié)果經(jīng)一個移位器實(shí)現(xiàn)寫入（左移，不移，右移）。Q寄存器本身具有左移，右移功能且能接收ALU的運(yùn)算結(jié)果，左右移位時，就有移出，移入信號RAM3，RAM0，Q3，Q0， 4個入號，它們都通過具有雙向傳送功能的三態(tài)門實(shí)現(xiàn)的。

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③。該芯片能接收外部送入的4位數(shù)據(jù)D3-D0，并輸出奇制勝們的數(shù)據(jù)Y3-Y0。Y3-Y0可以是通用寄存器A端口上的輸出或ALU的運(yùn)算結(jié)果F，并還受輸出允許控制信號/OE的控制，僅在/OE為低時，Y3-Y0才有輸出，否則處于高阻態(tài)。

④。從圖上可以看到，ALU的兩個輸入端R和S分別可以接收D輸入，A端口或邏輯0數(shù)據(jù)，和A端口，B端口，Q寄存器或邏輯0數(shù)據(jù)，Am2901器件只選取用了它們可能的全部12種組合中的8種，即A-Q，A-B，0-Q，0-B，0-A，D-A，D-Q，和D-0這8種，并用外部送來的3位控制碼I2-I0來選擇這是種組合。

⑤。Am2901還采用另外來貨位外部送來的控制信號I8-I6，一是選擇向外部送出的數(shù)據(jù)的來源（A口數(shù)據(jù)還是ALU運(yùn)算結(jié)果），二是選擇其內(nèi)部的通用寄存器組和Q寄存器接收不接收和如何接收數(shù)據(jù)庫寫入（左移，右移，直送）。

⑥。通用寄存器組通過A端口，B端口讀出內(nèi)容的輸出處均有鎖存器線路支持，以保證在執(zhí)行諸如A+B結(jié)果送B運(yùn)算時操作的正確性。

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3．2．3Am2901芯片的控制信號及其控制碼與操作

Am2901芯片的控制信號有9個，即I8-I0，這回個控制信號分成三組，它們是：

這三組控制信號與相應(yīng)控制碼的關(guān)系如下表：

表3.1 Am2901 9個控制信號I8~I0

注：R、S中的“0”為邏輯0。

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3.2.4：TEC-2機(jī)運(yùn)算器

一：TEC-2機(jī)運(yùn)算器主體結(jié)構(gòu)

4片間的連接關(guān)系是：

（1）16位的數(shù)據(jù) 輸入由4片各自的D3-D0組成，其位序號人高位芯片向低位芯片順序排成D15-D0

(2)16位的數(shù)據(jù) 輸出由4片各自的Y3-Y0組成，其位序號人高位芯片向低位芯片順序排成Y15-Y0.

(3)有高低位進(jìn)位關(guān)系的3組信號，在高低位相鄰芯片間連接關(guān)系是：

①：高位芯片的RAM0與低位芯片的RAM3相連

②：高位芯片的Q0與低位芯片的Q3相連

③：在串行進(jìn)位方式下，高位芯片的Cn與低位芯片的Cn+4相連；若選用AM2902芯片（與74LS182芯片功能相同，兩者可以互換使用）實(shí)現(xiàn)并行進(jìn)位，則低位的3個芯片的并行進(jìn)位信號/G和/P應(yīng)送往Am2902的相并沒有管腳，并將各自對應(yīng)的片間進(jìn)位輸出信號送入相鄰高位芯片Am2901的Cn管腳。同時支持串，并行丙種方式，有利于教學(xué)實(shí)驗(yàn)中方便地觀察與測量每種進(jìn)位方式的進(jìn)位延遲時間。

此時，最低位芯片的RAM0與Q0是該16位的運(yùn)算器的最低位的移入/出信號，最高位芯片的RAM3與Q3是運(yùn)算器最高位的移入/出信號，均需有另外的邏輯電路與之連接，最低位的Cn是整個運(yùn)算器的最低位進(jìn)位輸入信號。最高位的CN+4是16位完整運(yùn)算器的進(jìn)位輸出信號。

??? 同理，只有最高們芯片的F3和OVR有意義，低位的3個芯片的F3和OVR不被使用，

??? 4個芯片的F=0000管腳連接在一起，并經(jīng)一個電阻接到+5V電源，已得到16位的ALU的運(yùn)算結(jié)果為“0”的標(biāo)志位信號。

（4）：其它的幾組輸入信號，支4片Am2901器件來說應(yīng)有相同的值，包括/OE（控制選 通Y的輸出），A地址，B地址，I8-80（控制Am2901的運(yùn)算功能，數(shù)據(jù)來源，結(jié)果的處置）和工作脈沖CP,故應(yīng)將4個芯片的這些的各對應(yīng)管腳連接在一起.

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?微指令中三位微碼（SST）與標(biāo)志位的關(guān)系

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三位微碼與這8種處理的對應(yīng)關(guān)系，已用表格形式給出。

本器件共用了4個輸出端，即引用17.18.19.20分別組出CZVS4個標(biāo)志位的值，并采用寄存器型邏輯記憶本次操作結(jié)果，此時每個輸出引腳的表達(dá)式必須用C:=…的形式定義，且引腳的時鐘脈沖信號必須引入。引腳13的/OE信號接地，表示輸出信號是不被禁止的。

本器件共有14個輸入信號，分別人引腳2-11，引腳14，引腳21-23送入，信號名字已給了央Gal20v8的描碠信息中。這些輸入如何決定每一個輸出位的結(jié)果，以邏輯表達(dá)式形式組出在每一個輸出位的定義中。描述表中每行最右側(cè)在分號之后給出的是注釋內(nèi)容。

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表3.2三位微碼與狀態(tài)位的關(guān)系表

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二：運(yùn)算器最低位進(jìn)位信號的給出與控制（SCi）

運(yùn)算器最低位的進(jìn)位信號Cin，可能為0.1.C標(biāo)志的值 ，為了調(diào)試與實(shí)驗(yàn)的方便，有時可送入一個連續(xù)的進(jìn)位方波信號，當(dāng)認(rèn)運(yùn)算器執(zhí)行16位全1與這個最低閏的進(jìn)位方波信號相加時，則加法器每一位的輸出結(jié)果均為方波，有利于觀察與調(diào)試.

表3.3

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三：運(yùn)算器最高位，最低位的移入信號（SSH）

移入通用寄存器中的移入信號RAM15和RAM0,以及乘商寄存器中的移入信號Q15和Q0.左移時，向RAM0,或RAM0與Q0移入數(shù)據(jù)，右移時，向RAM15,或RAM15與Q15移入數(shù)據(jù)，我們把5條移位指令和剩除法計算中的聯(lián)合移位都考慮進(jìn)去，可以歸納出如下4種結(jié)果，并用兩位微碼SSH區(qū)分它們。

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表3.4

說明：

? 表中“X”為任意值，表示取任意值都不受影響

? 當(dāng)通用寄存器本身移位時，Q寄存器不受影響

? 乘除法運(yùn)算要求通用寄存器與Q寄存器聯(lián)合移位，沒有Q寄存器單獨(dú)移位功能

? 左右移是由指令功能確定的

? SSH為0，用于邏輯移位指令

為1，用于循環(huán)移位指令

為2，用于乘除法運(yùn)算的聯(lián)合移位及上商

為3，用于算術(shù)右移指令，或補(bǔ)碼乘法計算

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三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

脫機(jī)和聯(lián)機(jī)時運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

在脫機(jī)與聯(lián)機(jī)兩種方式下，可以用一些數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)算，以控制其操作過程與功能

檢查所得結(jié)果的正確性。

(一) 脫機(jī)方式

1.??? 將TEC-2機(jī)功能開關(guān)FS4置為“1”。

2.??? 將TEC-2機(jī)主脈沖置為單步方式，即將STEP/CONT開關(guān)撥向STEP一邊。

3.??? 用D0+0→R0將立即數(shù)D0（A000H）置入寄存器R0（0000）。具體的微型開關(guān)和數(shù)據(jù)開關(guān)按下表進(jìn)行設(shè)置：

波特率開關(guān)?? 數(shù)據(jù)開關(guān)

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

設(shè)置好各控制信號（MI8-MI0），并設(shè)置好十六位數(shù)據(jù)開關(guān)為“A000H”，即“1010 0000 0000 0000”后，按壓一次STEP鍵，將立即數(shù)D0置入寄存器R0中。

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4.??? 用D1+0→R1將立即數(shù)D1（4000H）置入寄存器R1（0001）。具體的微型開關(guān)和數(shù)據(jù)開關(guān)按下表進(jìn)行設(shè)置：

波特率開關(guān)?? 數(shù)據(jù)開關(guān)

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

用同樣的方法將立即數(shù)D1置入寄存器R1中。

5.??? 對寄存器R0、R1初始化后，便可對R0和R1進(jìn)行各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算，此時R0保存的數(shù)據(jù)為D0（A000H），R1保存的數(shù)據(jù)為D1（4000H）。

6.??? 將開關(guān)S2 S1 S0置于“110”時，指示燈將顯示ALU的運(yùn)算結(jié)果；將開關(guān)S2 S1 S0置于“000”時，指示燈將顯示SVZC的狀態(tài)，對應(yīng)TEC-2機(jī)上H25 = S，H26 = V，H27 = Z，H28 = C。

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7.??? 對R0和R1進(jìn)行各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算。

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(二) 聯(lián)機(jī)方式

啟動TEC-2機(jī)，進(jìn)入監(jiān)控程序狀態(tài)：具體操作如下：

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1.??? 將TEC-2機(jī)的FS1~FS4置為1010，STEP/CONT置成CONT。

2.??? 打開計算機(jī)電源開關(guān)，使計算機(jī)正常啟動。打開TEC-2電源開關(guān)，TEC-2大板左上角一排指示燈亮。

3.??? 運(yùn)行通訊程序PCEC，在DOS下命令提示（按默認(rèn)設(shè)置：選擇1，N）。聯(lián)機(jī)后，進(jìn)入聯(lián)機(jī)狀態(tài)，用A命令輸入下列程序：(ENTER表示)

4.??? 用“G”命令運(yùn)行程序

在命令行提示符狀態(tài)下輸入：

> G800

執(zhí)行上面輸入的程序

5.??? 用“R”命令觀察運(yùn)行結(jié)果及狀態(tài)

在命令行提示符狀態(tài)下輸入:

>R

觀察運(yùn)行結(jié)果及狀態(tài)

屏幕將顯示：

R0=8001? R1=4000……

6.??? 用“T”或“P”命令單步執(zhí)行

在命令行提示符狀態(tài)下輸入：

>T

或

>P

執(zhí)行之后，觀察運(yùn)行結(jié)果及狀態(tài)。

四.? 實(shí)驗(yàn)器材

1.??? TEC-2機(jī)一臺，電腦一臺

2.??? TEC-2模擬軟件一套

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五.? 實(shí)驗(yàn)分析與設(shè)計

1.??? 脫機(jī)實(shí)驗(yàn)

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2.??? 聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)

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六.? 思考題

在脫機(jī)方式下進(jìn)行運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)時，在按STEP鍵之前和按STEP鍵之后，ALU的輸出結(jié)果及狀態(tài)SVZC有何不同，為什么？根據(jù)Am2901運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)及其工作原理加以說明。

答：

(1)設(shè)置好相應(yīng)微碼和AB口地址之后，立即輸出該運(yùn)算功能的運(yùn)算結(jié)果，此時ALU也已經(jīng)得到SVZC的值，但并沒有傳給標(biāo)志寄存器。按STEP之后，ALU的輸出結(jié)果則為運(yùn)算器再做一次運(yùn)算的結(jié)果，這時SVZC所顯示的值則為上一步標(biāo)志位寄存器的值。

(2)根據(jù)Am2901運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)可以知道，ALU是一個組合邏輯電路，設(shè)置A、B相應(yīng)的值之后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)便會立即被傳送到ALU中進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，并且顯示出對應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果也會被存在存儲器里面。按下STEP之后，在脈沖的作用下，. 上一步的運(yùn)算結(jié)果也會被存在寄存器里面，但控制碼和地址沒有改變,所以上一步的運(yùn)算結(jié)果會重新被送到ALU中進(jìn)行運(yùn)算，此時ALU的結(jié)果為一步運(yùn)算結(jié)果再進(jìn)行一次運(yùn)算的數(shù)據(jù)。

SVZC存儲在狀態(tài)標(biāo)志寄存器中，其值的改變需要有脈沖信號的作用才能改變，所以在按STEP之前，SVZC的值不變，按下STEP之后，SVZC顯示的值才是上一步標(biāo)志位的狀態(tài)值。??????

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七.? 實(shí)驗(yàn)心得

1.??? 了解和掌握Am2901運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)和工作原理；

2.??? 認(rèn)識和掌握TEC-2機(jī)運(yùn)算器的組成和工作原理；

3.??? 認(rèn)識和掌握TEC-2機(jī)運(yùn)算器相關(guān)控制信號的含義和使用方法；

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