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班级姓名学号实验四运算器手动实验一、预备知识选用的运算器芯片Am2901简介：这是上个世纪70年代初的一个4位的位片结构的运算器芯片。在图-1中给出了这个芯片内部电路的组成逻辑框图，主要包括完成4位算术与逻辑运算功能的ALU，16个4位寄存器构成的通用寄存器组REG，该芯片内没有设置标志寄存器Flag，我们将其安排到用于实现计算机控制器功能的芯片中。还包括一些完成数据选择与传送、实现移位操作等功能的辅助电路。B寄存器组AREGSALUR多选一多选一drsrcy00Y多选一DC0I2-I0I8_I6I5-I3RAM3RAM0oeclk数据线AB图-1Am2901运算器芯片内的线路逻辑框图Am2901是4位的芯片，为构成8位的运算器部件要用2片器件，如图-2所示，下面一片用作为低4位，上面一片用作为高4位。Am2901芯片有40个引脚，包括4个数据输入引脚D，4个计算结果输出引脚Y，2组4位的寄存器选择信号A和B，3组3位的控制信号i8~i0，4位的标志信息输出引脚，ALU最低位进位输入信号引脚c0，控制Y输出的使能信号oe，寄存器左、右移位的输入输出信号引脚ram3和ram0，时钟脉冲信号clk，还有电源Vcc、地GND引脚，合计在一起是36个引脚，另外的部分电路和4个引脚我们没有使用，不予说明。在实验的过程中需要在相应管脚之间进行连接，在图-2中给出了有关管脚的编号及其信号名称。Am2901-1(高4位)Am2901-0(低4位)8位数据线cyram7i8~i6i5~i3i2~i0675272826141312ram7c0oea1a0b1b08294043181716位控制开关22~25338ram039~3622~2539~36oeDYDYoeCyC0ram0ram39244芯片244芯片c0298个开关8个开关clkclk1540244芯片8个开关图-2使用2片4位的Am2901芯片构成8位的运算器部件班级姓名学号芯片内部支持左移一位、右移一位的移位操作，此时最高、最低位可能送出移位输出信号ram3和ram0，也会要求由外部提供移位输入信号，移位的输入输出使用同一个引脚以双向传送方式完成，需要与芯片外的电路进行正确连接。我们仅实现逻辑右移位操作。低位芯片要用到进位输入信号c0，是执行加减运算时ALU最低一位的进位输入信号，加法运算时送0，减法运算时送1；执行算术运算时，芯片要产生4位的标志信息，我们仅处理进位输出信号cy，另外3位未予处理和使用。ALU的计算结果Y是否送出到数据总线DB用信号oe控制，oe为低电平时Y输出（ALU的计算结果）正常电平，oe为高电平时Y输出进入高阻态，将“断开”Y与数据总线的连接。为访问16个寄存器，寄存器选择信号A和B应该是4位，但在8位字长的计算机系统中只能使用16个寄存器中的4个，寄存器选择信号相应地缩短为2位，用b1、b0和a1、a0表示，b3、b2、a3、a2引脚需要接地。读操作时二者都可以用于指定用到的寄存器，同时读出2个寄存器的内容，写操作时则只能用b1、b0指定写入用到的寄存器。还有用于运算数据选择的i2~i0、运算功能选择的i5~i3、结果保存方案选择的i8~i6这三组三位的信号，其控制功能如表-1所示。表-1i8~i0这3组3位的信号的控制作用编码i8~i6寄存器接收编码i5~i3运算功能编码I2~i0数据选择RS000暂未选用000R+S001AB001寄存器不接收001S–R0110B011F→B接收011暂未选用1000A101F/2→B右移位接收100R∧S111D0二、实验目的1、理解和掌握Am2901器件的功能和组成，是设计和实现8位机硬件系统的重要基础，以这个典型器件为例扩展一些知识和技术，提高对不同计算机的运算器的认知能力。2、学习器件之间的连接技术，学会操控运算器完成预定运算处理功能的设计过程，查看运算器的运行结果，包括加减运算的和差以及标志信息。三、实验环境和准备1、这个实验中只用到运算器部件本身，需要关掉MACH器件的电源，向ram6116芯片和Intel8251芯片提供高电平的片选信号，主板上仅保留Am2901芯片可以运行。2、主板上的单步/连续开关处于单步状态，每按一次start按键，运算器完成一次运算并把计算结果保存到通过b1、b0选择的寄存器中。3、实验中用到16个控制信号，可以通过16个开关并经带有三态输出控制的244芯片来提供，要使用2条8位的排线来完成必要的接线，也可以使用芯片MACH来提供。这是2种不同的处理方式，实现的功能可以完全相同，也可以略有区别。2片2901芯片之间还要通过几条连线，建立进位传送信号和移位传送信号的传送关系，还要为器件接入时钟信号。若希望观察进位输出cy和移位输出ram0的值，需要把它们连接到指示灯。4、实验之前要设计好运算器完成的功能和完成这些功能用到的16个控制信号的值，这对高效率地完成实验、学习到必要的知识至关重要。还需注意，若要观察ALU产生的标志位信息，可连接进位输出cy和右移位输出ram0到2个指示灯，以便查看运算操作过程中这2个信号的值。四、实验内容和操作步骤1、运算器完成的功能设计，例如向指定的2个寄存器赋初值，完成这2个寄存器之间的加、减、与运算，一个寄存器的右移操作等功能。电路板上有24个开关，其中的16个用于提供控制信号，另外的8个用于提供输入数据。要观察ALU的运算结果，可以直接观察接在数据总线DB上的指示灯。一班级姓名学号旦按下start按键，运算器就进入了下一次的计算过程。2、寄存器右移一位操作是通过例如把r0+0的计算结果右移一位送入r0完成的，因此在移位的过程中，数据总线显示的是r0+0而不是本次移位的结果，只有在按下start按键，移位结果已经保存到寄存器之后，从数据总线的指示灯看到的才是移位操作的结果。3、实验之前一定要设计好运算器完成每项功能用到的16位控制信号的值，实验用到的数据以及每项实验的运算结果，实验才能更有效率。4、在给出16个控制信号之后，可以通过多次按start按键使同一个功能重复执行。五、请根据以上分析并记录实验结果1、实验连线方法2、请将表格填写完成实现功能ram7c0oea1a0b1b0i8~i6i5~i3i2~i0注释Data1→R00000000011000111向R0赋值Data2→R1向R1赋值R0+R1→R0加法运算R0-R1→R0减法运算R1∧R0→R1与运算右移1位R0+0→R0寄存器内容右移操作R1+1→R1R1+1计数R1-1→R1R1-1计数