實驗內容
一、實驗原理
實驗中所用的運算器數據通路如下圖所示。ALU運算器由CPLD描述。運算器的輸出經過2片74LS245三態門與數據總線相連，2個運算寄存器AX、BX的數據輸入端分別由4個74LS374鎖存器鎖存，鎖存器的輸入端與數據總線相連。准雙向I/O輸入輸出端口用來給出參與運算的數據，經2片74LS245三態門與數據總線相連。
在上圖中，AXW、BXW在“搭接態”由實驗連接對應的二進制開關控制，“0”有效，通過【單拍】按鈕產生的負脈沖把總線上的數據打入，實現AXW、BXW寫入操作。
二、運算器功能編碼
ALU運算器編碼表
三、實驗連線
K23~K0置“1”，滅M23~M0控位顯示燈。然后按下表要求“搭接”部件控制電路。
實驗1：算術運算
1. 字算術運算
(1) 字寫操作
通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AX和暫存器BX置數，操作步驟如下：
(2) 字讀操作
關閉AX、BX寫使能，令K18=K17=“1”，按下流程分別讀AX、BX。Dbus：1122h；3344h
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(3) 字加法與減法運算
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），FUN及總線單元顯示AX+BX的結果。4466
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），FUN及總線單元顯示AX－BX的結果。ddde
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2. 字節算術運算
(1) 偶字節寫（置數操作）k23-k0=1
通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AL（L：low低位）和暫存器BL置數，具體操作步驟如下：置0022h和0044h ax和bx顯示
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(2) 偶字節讀操作（運算寄存器AL和BL內容送總線）
關閉AL、BL寫使能，令K18=K17=1，按下流程分別讀AL、BL。
(3) 字節減法算術運算（不帶進位加）
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），FUN單元顯示AL+BL的結果。0066
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），FUN單元顯示AL－BL的結果。
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實驗2：邏輯運算
1. 字邏輯運算
(1) 字寫操作（置數操作）
通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AX和暫存器BX置數，操作步驟如下：1122,3344
(2) 字讀操作（運算寄存器AX和BX內容送總線）
關閉AX、BX寫使能，令K18=K17=“1”，按下流程分別讀AX、BX。1122,3344
(3) 字邏輯運算
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），為邏輯與，FUN及總線顯示AX邏輯與BX的結果1100。
令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），為邏輯或，FUN及總線顯示AX邏輯或BX的結果3366。
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實驗3：移位運算
移位運算時把累加器A視為移位的源寄存器，也就是說移位是通過累加器A實現的。
1. 移位控制編碼
2. 移位執行過程
| ① 循環左移 | ② 循環右移 |
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| ③ 帶進位循環左移 | ④ 帶進位循環右移 |
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◆不帶進位循環左移：各位按位左移，最高位移入最低位。
◆不帶進位循環右移：各位按位右移，最低位移入最高位。
◆帶進位循環左移：各位按位左移，最高位移入CY中，CY中內容移入最低位。
◆帶進位循環右移：各位按位右移，最低位移入CY中，CY中內容移入最高位。
◆循環移位一般用於實現循環式控制、高低字節的互換，還可以用於實現多倍字長數據的算術移位或邏輯移位。
3. 字移位運算k23-k0全置1
(1) 向AX寄存器置數
撥動“I/O輸入輸出單元”開關向移位源寄存器AX置數，具體操作步驟如下：
(2) AX寄存器移位
令M=0 S1=1參照表2.3.2改變S2、S0的狀態，再按動【單拍】按鈕，觀察AX移位變化。
0080-0040-0020-0010-0008-0004-0002-0001-8000-4000-2000-1000-0800-0400-0200-0100-0080
4. 字節移位運算
(1) AL寄存器置數
撥動“I/O輸入輸出單元”開關向移位源寄存器AL置數，具體操作步驟如下：
(2) AL寄存器移位
令M=0 S1=1參照表2.3.2改變S2、S0的狀態，再按動【單拍】按鈕，觀察AL移位變化。
實驗題
1、 將0008H寫入AH寄存器，然后完成AH寄存器移位運算
2、在給定AX=6655h、BX=AA77h的情況下，改變運算器的功能設置，觀察運算器的輸出，填入下頁表格中，並和理論分析進行比較、驗證。
實驗4：進位控制與零標志
1. 標志控制原理
(1) 進位標志CY
運算標志CY是帶復位可預置的進位標志，在運算時由M信號控制，當M=0時，按【單拍】按鈕，在DRCK上升沿把當前運算溢出位（進位或借位）打入CY的鎖存輸出端Q2。在M=1時，由CN位控制CY的“位操作”。當CN=0時，按【單拍】按鈕，在DRCK上升沿執行CY的置“1”、清零、取反操作；遇M=1、CN=1時，CY保持原始狀態。CY的復位端由CPU直接控制管理。
(2) 零標志Z
零標志Z是帶復位端的運算結果判零標志，取源於運算器輸出FUN。當FUN=00h時，zd為“1”，反之為“0”。；零標志由M信號控制，當M=0時，按【單拍】按鈕，在DRCK上升沿把當前zd打入Z（零標志）的鎖存輸出端Q1。遇M=1，零標志Z保持原始狀態。
(3) 標志位的初始化
標志位的清零端由系統掌控與控位無關，在手動實驗中需要清標志時，通過按動【返回】鍵來實現標志位的初始化。
系統提供CY與Z的狀態燈，其顯示特征為：進位標志CY=1時，燈“亮”，反之燈“滅”；零標志Z=1時，燈“亮”，反之燈“滅”。
2. 實驗連線
(3) 進位標志CY實驗
(1) CY標志控制實驗
① 進位控制流程
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② 按上流程建立控制狀態，參照下表改變方式控制，按【單拍】觀察CY燈的變化
(2) 進位運算實驗
① 按【返回】鍵，通過I/O單元向AX、BX分別置數，操作如下：
② 帶進位加減法運算流程（加：0001，減：FFEB）
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(3) 零標志實驗（字識別）
① 向寄存器AX和BX置數
通過“I/O輸入輸出單元”向AX、BX均置數0001h，操作步驟如下：
② 驗證零標志鎖存功能
按【返回】鍵清Z標志，按下流程建立零標志運算控制狀態。K11=1時減法運算FUN=0000，按【單拍】鈕Z標志燈亮（Z=1）；K11=0時加法運算FUN=0002按【單拍】鈕Z標志燈滅（Z=0）。
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實驗報告
| 學院、系： | 計算機學院 |
|---|---|
| 專業名稱： | 軟件工程 |
| 學生姓名： | 小何學長 |
| 指導教師： | 劉亞松 |
一、實驗題目
十六位機運算器
二、實驗目的與要求
實驗目的
掌握十六位機字與字節運算的數據傳輸格式，驗證運算功能發生器及進位控制的組合功能。
實驗要求
完成算術、邏輯、移位運算實驗，熟悉ALU運算控制位的運用。
三、實驗步驟（闡述主要步驟）
實驗1：算術運算
1.字算術運算
(1)字寫操作
通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AX和暫存器BX置數，操作步驟如下：
(2)字讀操作
關閉AX、BX寫使能，令K18=K17=“1”，按下流程分別讀AX、BX。Dbus：1122h ；3344h
實驗結果：
實驗2：邏輯運算
2.字節邏輯運算
（1）奇字節寫操作（置數操作） k23-k0=1
通過I/O單元“S15~S0”開關向累加器AH（H：high高位）和暫存器BH置數，具體操作步驟如下：
（2）奇字節讀操作（運算寄存器AH和BH內容送數據總線）
關閉AH、BH寫使能，令K18=K17=1，按下流程分別讀AH、BH。
實驗結果：
實驗3：移位運算
4.字節移位運算
（1）AL寄存器置數
撥動“I/O輸入輸出單元”開關向移位源寄存器AL置數，具體操作步驟如下：
（2）AL寄存器移位
實驗結果：
四、心得體會
本節課學習了並掌握十六位機字與字節運算的數據傳輸格式，驗證運算功能發生器及進位控制的組合功能。同時完成算術、邏輯、移位運算實驗，熟悉ALU運算控制位的運用。雖然操作有點麻煩，但還是堅持完成並驗證了其原理，自己的動手能力有所增強，還學到了知識，真開心啊！
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