2.4运算器部件的组成与设计
教学要求：
了解：数字化编码、教学机的运算器实例，不要求记住Am2901芯片这个具体运算器实例的有
关内容； 掌握：定点运算器的功能、组成、控制与使用办法。
2.4.1运算器部件的功能与组成概述
一、组成与功能 (一) 、ALU
(二) 、内部寄存器
(三) 、专用寄存器
(四) 、多路选择器
二、运算器的操作与控制
正确向运算器提供控制信号，如：选择哪些数据参加运算、如何保存和送出运算结果、提供进位信号、移位信号等，控制信号来源：由计算机的控制器部件提供。
三、两种不同的教学机型
1、8位机型——使用单独的一个八位字长的运算器和内存储器；
2、16位机型——使用两个完全相同的八位字长运算器和内存储器组合而成的十六位字长的
运算器和内存储器。
2.4.2 位片结构的运算器芯片Am2901
一、组成部件之一：ALU
F ：输出的数据
R 、S ：输入的数据
Cn ：最低位的进位信号
C n+4
Cn C n+4：给出运算结果的同时，送出向高位进位 OVR 的信号
F3
OVR ：溢出标志信号
F3：最高位的状态信号（或者符号位） R S
F=0000：运算结果为零的标志信号。
ALU 实现的计算功能：R+S R-S S-R
R∨S R∧S RS RS
二、组成部件之二：16个通用寄存器组
1、A 口和B 口：控制读出的双端口；
A 地址
2、
B 口：控制写入的端口；
3、A 地址：指定被读出的寄存器。
4、B 地址：指定被写入的寄存器。
三、组成部件之三:4位的Q 寄存器
主要功能：实现硬件的乘法、除法指令， 对本身的内容进行左右移位。
B 地址
四、五组多路选通门
（1）
R 是二选一多路开关，接收外部送入运算
器的数据D ，A 锁存器暂存由寄存器A 端
口输出的数据，再由R 选择。
输入D A 锁存器 （2）
A
Q 寄存器
（3）
/OE
A 锁存器 ALU
（4）
通用寄存器
ALU 的输出F
Q3 Q0 Q 寄存器 ALU 的输出F
五、Am2901的控制与操作 一、运算器的控制信号
三组控制信号
I 5I 4I 3：功能选择，即在八种运算中选择一种运算。
I 2I 1I 0：选R 、S 操作数，共存在八种最有用的组合。
I 8I 7I 6：控制数据传送，决定数据的去向以及是否进行移位操作。
选择运算功能
选择数据来源
选择结果处置
二、外部的数据
（1） 外部送来的数据D
（2） 芯片最低位的进位信号Cn
（3） 左移操作时，RAM0和Q0为输入；右移操作时，RAM3和Q3为输入。 （4） A、B 地址决定选用哪个通用寄存器,4位地址选择16个通用寄存器。 （5） 输出数据可以是ALU 的运算结果F ，也可以是A 口读出的数据。
三、时钟信号CLK （CP ）
2.4.2 教学计算机运算器的设计与实现
一、Am2901的管脚信号
F=0000
C n+4 F3
OVR
RAM 3
Q 3
/G /P Y 3~Y0
Cn 0 0
30A 地址
二、8位教学机的运算器部件的主体部分的设计与实现（教材P102~103） （1）8位的数据输入由2片各自的输入D3~D0组成由高到低的D7~D0； （2）8位的数据输出由2片的各自输出Y3~Y0组成由高到低的Y7~Y0； （3）有高低位进位关系的几组信号，连接关系是：
① 高位芯片的RAM0与低位芯片的RAM3相连； ② 高位芯片的Q0与低位芯片的Q3相连；
③ 高位芯片的Cn 与低位芯片的Cn+4相连。4位数据是并行进位，2片芯片是串行进位。
（4）低位芯片的RAM0和Q0是该8位运算器的最低位的移位入/出信号； （5）高位芯片的RAM3和Q3是该8位运算器的最高位的移位入/出信号； （6）低位芯片的Cn 是该8位运算器的最低位的进位输入信号； （7）高位芯片的Cn+4是该8位运算器的最高位的进位输出信号。
（8）两片芯片的管脚连接在一起的有：F=0000,/OE，A 地址和B 地址，I8~I0和工作脉冲CP 。
三、16位教学机的运算器部件的主体部分的设计与实现（教材P103~104）
（1）16位的数据输入由4片各自的D3~D0组成；
（2）16位的数据输出由4片各自的Y3~Y0组成； （3）有高低位进位关系的三组信号，连接关系如下：
① 高位芯片的RAM0与低位芯片的RAM3相连； ② 高位芯片的Q0与低位芯片的Q3相连；
③ 串行进位方式下，高位芯片的Cn 与低位芯片的Cn+4相连。
（4）整个16位的运算器的最低位的移位入/出信号是：最低位芯片的RAM0与Q0； （5）整个16位的运算器的最高位的移位入/出信号是：最高位芯片的RAM3与Q3； （6）整个16位的运算器的最低位的进位输入信号是：最低位芯片的Cn ； （7）整个16位的运算器的最高位的进位输出信号是：最高位芯片的Cn+4； （8）连接在一起的管脚有：
① F=0000的管脚，并且经一个电阻接到+5V电源。 ② 输入信号/OE，控制选通Y 的输出； ③ A、B 地址；
④ I8~I0控制信号； ⑤ 工作脉冲CP 。
（以下是实验部分内容）
四、教学机运算器部件的辅助组成部分的设计与实现
（1）4个标志位信号：C ，Z ，V ，S ，它们存放在外部的状态寄存器中，与计算结果有关。 （2）
2.4运算器部件的组成与设计
教学要求：
了解：数字化编码、教学机的运算器实例，不要求记住Am2901芯片这个具体运算器实例的有
关内容； 掌握：定点运算器的功能、组成、控制与使用办法。
2.4.1运算器部件的功能与组成概述
一、组成与功能 (一) 、ALU
(二) 、内部寄存器
(三) 、专用寄存器
(四) 、多路选择器
二、运算器的操作与控制
正确向运算器提供控制信号，如：选择哪些数据参加运算、如何保存和送出运算结果、提供进位信号、移位信号等，控制信号来源：由计算机的控制器部件提供。
三、两种不同的教学机型
1、8位机型——使用单独的一个八位字长的运算器和内存储器；
2、16位机型——使用两个完全相同的八位字长运算器和内存储器组合而成的十六位字长的
运算器和内存储器。
2.4.2 位片结构的运算器芯片Am2901
一、组成部件之一：ALU
F ：输出的数据
R 、S ：输入的数据
Cn ：最低位的进位信号
C n+4
Cn C n+4：给出运算结果的同时，送出向高位进位 OVR 的信号
F3
OVR ：溢出标志信号
F3：最高位的状态信号（或者符号位） R S
F=0000：运算结果为零的标志信号。
ALU 实现的计算功能：R+S R-S S-R
R∨S R∧S RS RS
二、组成部件之二：16个通用寄存器组
1、A 口和B 口：控制读出的双端口；
A 地址
2、
B 口：控制写入的端口；
3、A 地址：指定被读出的寄存器。
4、B 地址：指定被写入的寄存器。
三、组成部件之三:4位的Q 寄存器
主要功能：实现硬件的乘法、除法指令， 对本身的内容进行左右移位。
B 地址
四、五组多路选通门
（1）
R 是二选一多路开关，接收外部送入运算
器的数据D ，A 锁存器暂存由寄存器A 端
口输出的数据，再由R 选择。
输入D A 锁存器 （2）
A
Q 寄存器
（3）
/OE
A 锁存器 ALU
（4）
通用寄存器
ALU 的输出F
Q3 Q0 Q 寄存器 ALU 的输出F
五、Am2901的控制与操作 一、运算器的控制信号
三组控制信号
I 5I 4I 3：功能选择，即在八种运算中选择一种运算。
I 2I 1I 0：选R 、S 操作数，共存在八种最有用的组合。
I 8I 7I 6：控制数据传送，决定数据的去向以及是否进行移位操作。
选择运算功能
选择数据来源
选择结果处置
二、外部的数据
（1） 外部送来的数据D
（2） 芯片最低位的进位信号Cn
（3） 左移操作时，RAM0和Q0为输入；右移操作时，RAM3和Q3为输入。 （4） A、B 地址决定选用哪个通用寄存器,4位地址选择16个通用寄存器。 （5） 输出数据可以是ALU 的运算结果F ，也可以是A 口读出的数据。
三、时钟信号CLK （CP ）
2.4.2 教学计算机运算器的设计与实现
一、Am2901的管脚信号
F=0000
C n+4 F3
OVR
RAM 3
Q 3
/G /P Y 3~Y0
Cn 0 0
30A 地址
二、8位教学机的运算器部件的主体部分的设计与实现（教材P102~103） （1）8位的数据输入由2片各自的输入D3~D0组成由高到低的D7~D0； （2）8位的数据输出由2片的各自输出Y3~Y0组成由高到低的Y7~Y0； （3）有高低位进位关系的几组信号，连接关系是：
① 高位芯片的RAM0与低位芯片的RAM3相连； ② 高位芯片的Q0与低位芯片的Q3相连；
③ 高位芯片的Cn 与低位芯片的Cn+4相连。4位数据是并行进位，2片芯片是串行进位。
（4）低位芯片的RAM0和Q0是该8位运算器的最低位的移位入/出信号； （5）高位芯片的RAM3和Q3是该8位运算器的最高位的移位入/出信号； （6）低位芯片的Cn 是该8位运算器的最低位的进位输入信号； （7）高位芯片的Cn+4是该8位运算器的最高位的进位输出信号。
（8）两片芯片的管脚连接在一起的有：F=0000,/OE，A 地址和B 地址，I8~I0和工作脉冲CP 。
三、16位教学机的运算器部件的主体部分的设计与实现（教材P103~104）
（1）16位的数据输入由4片各自的D3~D0组成；
（2）16位的数据输出由4片各自的Y3~Y0组成； （3）有高低位进位关系的三组信号，连接关系如下：
① 高位芯片的RAM0与低位芯片的RAM3相连； ② 高位芯片的Q0与低位芯片的Q3相连；
③ 串行进位方式下，高位芯片的Cn 与低位芯片的Cn+4相连。
（4）整个16位的运算器的最低位的移位入/出信号是：最低位芯片的RAM0与Q0； （5）整个16位的运算器的最高位的移位入/出信号是：最高位芯片的RAM3与Q3； （6）整个16位的运算器的最低位的进位输入信号是：最低位芯片的Cn ； （7）整个16位的运算器的最高位的进位输出信号是：最高位芯片的Cn+4； （8）连接在一起的管脚有：
① F=0000的管脚，并且经一个电阻接到+5V电源。 ② 输入信号/OE，控制选通Y 的输出； ③ A、B 地址；
④ I8~I0控制信号； ⑤ 工作脉冲CP 。
（以下是实验部分内容）
四、教学机运算器部件的辅助组成部分的设计与实现
（1）4个标志位信号：C ，Z ，V ，S ，它们存放在外部的状态寄存器中，与计算结果有关。 （2）