文档介绍：实验二:脱机运算器实验
实验目的
(1)理解运算器芯片Am2901的功能和内部组成,
运行中使用的控制信号及各自的控制作用;
(2)理解4片Am2901构成16位运算器的具体方案,各数据位信号、各控制位信号的连接关系;
(3)使用24位微型开关中的23位控制信号确定运算与处理功能。
运算器简介
运算器是计算机硬件系统传统的5大功能部
件之一,承担执行运算和暂存运算数据的功能。
组成: ALU线路(执行算术逻辑运算功能)、
通用寄存器组(暂存参加ALU运算的数据和中间运算结果)、专用寄存器(支持乘除法运算)三部分。
三个部分之间通过多路选择器线路实现连接,从而构成一个完整的运算器部件。
技术说明
运算器部件主体部分由4片4位的位片结构
Am2901组成。
使用MACH芯片内部部分电路提供ALU最低位的进位输入信号和最高、最低位的移位输入信号。
使用一片GAL20V8实现4位的标志位寄存器FLAG,接收ALU输出的4个标志位信号和来自内存堆栈区的4位数据,用于恢复现场状态信息。
运算器组成线路和信息连接关系
脱机运算器实验的环境
脱离与计算机主机的连接
数据开关拨入参加运算的数据;
微型开关提供操作运算器运行必需控制信号;
信号指示灯观察运算结果。
最低位的进位输入信号Cin和左右移位输入信号RAM0、Q0、RAM15、Q15由MACH内部SHIFT线路提供。
Am2901芯片的内部组成框图
Am2901的内部组成
4位的算逻运算部件ALU,输出为F,两路输入
R和S,。实现R+S、S-R、R-S
三种算术运算,R∨S、R∧S、R∧S、R⊕S、R⊕S五种逻辑运算。
16个4位通用寄存器组成的寄存器组。双端口(A和B)控制读出、单端口(B)控制写入。通过A和B指定被读写的寄存器。
4位的Q寄存器,实现硬件乘除法指令和对本身内容完成左右移位,能接收ALU输出。输出送到ALU 的S 输入端。
5组多路数据选择器,实现上述三个组成
之间的联系及芯片和外界信息的输入与输出操作:
①一组4位的二选一器件控制把运算器内的两路4位输出数
据送出芯片,标记为Y;
②一组4位的二选一和③一组4位的三选一器件,分别用于组合外部送来信息D,通用寄存器组的双路读出信息A和B,乘商寄存器Q的信息,以决定ALU的两路输入R和S的数据来源;
④一组4位的三选一器件,完成从ALU的输出结果,ALU输出结果左移一位的值,ALU输出结果右移一位的值中选择其一,作为通用寄存器的写入信息,实现的是通用接存器接收及移位功能。
⑤一组4位的三选一器件,用于完成Q寄存器内容的左右移位,或接收ALU的输出结果的操作功能。
Am2901的内部组成
Am2901芯片的管脚信号
OVR
D3 ~D0
B3 ~B0
CP
I8 ~ I0
Q 0
F3
/P
/G
A3 ~A0
/OE
RAM 0
Cn
Q 3
RAM 3
Cn+4
A m 2901
F=0000
Y 3 ~Y 0
数据类型信号:4位数据输入(D3-D0),4位数据输出(Y3-Y0),
),4个标志位输出信号(F3,OVR,F=+4),
通用寄存器最高/低位移位入出信号(RAM3,RAM0),Q寄存器最高、最低位移位入
出信号(Q3,Q0),用于并行进位的2个信号(/G,/P)。共19位。
控制类型信号:主脉冲信号(CP),输出使能信号(/OE),两个4位的寄存器选择信号
(A3-A0,B3-B0),选择ALU数据来源,运算功能,结果处置的信号各3位(I8-I0)。共
19位。
该芯片还有电源和地线引脚各一个,故该芯片共有40个引脚。