計算機組成原理實驗報告範文
實驗一 基本運算器實驗
一、實驗目的
1. 瞭解運算器的組成結構
2. 掌握運算器的工作原理
3. 深刻理解運算器的控制訊號
二、實驗裝置
PC機一臺、TD-CMA實驗系統一套
三、實驗原理
1. (思考題)運算器的組成包括算數邏輯運算單元ALU(Arithmetic and Logic Unit)、浮點運算單元FPU(Floating Point Unit)、通用暫存器組、專用暫存器組。
① 算術邏輯運算單元ALU(Arithmetic and Logic Unit)
ALU主要完成對二進位制資料的定點算術運算(加減乘除)、邏輯運算(與或非異或)以及移位操作。在某些CPU中還有專門用於處理移位操作的移位器。
通常ALU由兩個輸入端和一個輸出端。整數單元有時也稱為IEU(Integer Execution Unit)。我們通常所說的“CPU是XX位的”就是指ALU所能處理的資料的位數。
② 浮點運算單元FPU(Floating Point Unit)
FPU主要負責浮點運算和高精度整數運算。有些FPU還具有向量運算的功能，另外一些則有專門的向量處理單元。
③ 通用暫存器組
通用暫存器組是一組最快的'儲存器，用來儲存參加運算的運算元和中間結果。
④ 專用暫存器
專用暫存器通常是一些狀態暫存器，不能通過程式改變，由CPU自己控制，表明某種狀態。
而運算器內部有三個獨立運算部件，分別為算術、邏輯和移位運算部件，邏輯運算部件由邏輯閘構成，而後面又有專門的算術運算部件設計實驗。
下圖為運算器內部原理構造圖
2. 運算器的控制訊號 實驗箱中所有單元的T1、T2、T3、T4都連線至控制匯流排單元的T1、T2、T3、T4，CLR都連線至CON單元的CLR按鈕。T4由時序單元的TS4提供(脈衝訊號)，其餘控制訊號均由CON單元的二進位制資料開關模擬給出。控制訊號中除T4為脈衝訊號外，其餘均為電平訊號，其中ALU_B為低有效，其餘為高有效。 下圖為ALU和外圍電路的連線。圖中的小方框代表排針座。
在運算器的工作過程中，S3 S2 S1 S0 和CN為控制訊號，FC為進位標誌，FZ為運算器零標誌。運算器的邏輯功能見下表，表中功能欄的FC、FZ表示當前運算會影響到該標誌。
(思考題)運算器功能的選擇：
如圖在表中，可以通過調整S3 S2 S1 S0和CN的值來改變運算型別，功能如上圖所示，不同的S3 S2 S1 S0和CN的值對應不同的運算型別和結果。
CON單元的資料開關控制資料的形成。
(思考題)運算器的資料通路：
以下為資料通路圖
(思考題)運算器的各組成部件的控制訊號的作用:
LDA和LDB控制存入資料的位置(具體執行方式如上圖所示)
SD27到SD20通過開和關兩個狀態控制輸入資料
而S3 S2 S1 S0和Cn控制運算的型別(Cn只用於移位運算)
四、實驗內容
(1) 按圖1-1-5連線實驗電路，並檢查無誤。圖中將使用者需要連線的訊號用圓圈標明(其它實驗相同)。
