三. 实验过程和图片
1、连线说明： CBus单元：JP47(nIO_RD、nIO_WR、nM_RD、nM_WR、HOLD、HLDA) CBus单元：HOLD(JP50)
2、具体操作步骤如下：
(1)打开实验仪电源，将开关区单元的K0置为0，按CON单元的nRST
—— —— 扩展区单元：JP67 开关区单元：K0(JP99) 按键，CBus单元的nIO_RD、nIO_WR、nM_RD、nM_WR、HOLD、HLDA输出“1”、“1”、“1”、“1”、“0”、“0”，前四个信号分别点亮扩展区的DS159、DS160、DS161、DS162指示灯。用万用表测量U36、U37的19脚（OE），应该都是低电平。
（2）将开关区单元的K0(HOLD)置为1，连续按动CON单元的uSTEP键，发现在T3结束时，HLDA信号点亮DS164，表示CPU响应DMA请求，T1、T2、T3均输出无效的低电平信号，再按uSTEP键，也没反应，表示CPU已锁住时钟信号；CBus单元的nIO_RD、nIO_WR、nM_RD、nM_WR对应的DS159、DS160、DS161、DS162指示灯均熄灭，表示这几个控制信号均处于高阻状态（因为扩展区的排针上接有下拉电阻，高阻信号接到这些排针上，变为低电平，所以指示灯熄灭）；测量U36、U37的19脚（OE），应该都是高电平，说明CPU与外部总线已隔断。
（3）将开关区单元的K0（HOLD）置为0，撤消DMA请求，按动CON单元的uSTEP键一次，发现HLDA信号对应的指示灯DS164熄灭，表示CPU输出无效的HLDA信号（低电平）；T1输出高电平，T2、T3输出低电平信号，表示CPU时钟已开始正常工作；CBus单元的nIO_RD、nIO_WR、nM_RD、nM_WR对应的DS159、DS160、DS161、DS162指示灯点亮，表示CPU已输出这几个控制信号；测量U36、U37的19脚（OE），应该都是低电平，说明CPU已收回外部总线控制权。
四. 实验体会
1．CPU的响应包括两方面： （1）让出总线控制权 （2）将有效的HALD信号加到DMAC上，通知DMAC可以 使用总线进行数据传输。 2.CPU在收到无效的HOLD信号时，一方面使HALD无效，另一方面，重新开始控制总线，实现正常运行。
3．在每个机器周期的T4时刻根据，HOLD信号来判断是否有DMA请求，如果有，则产生有效的HALD信号。 HALD信号一方面锁死CPU的时钟信号，使CPU保持当前状态，等待DMA操作的结束。 另一方面使控制缓冲、数据缓冲、地址缓冲都处于高阻状态，隔断CPU与外总线的联系，将外总线交由DMAC控制。
4、当 HALD 信号无效时，总线上输出的存储器读信号 XMRD 为有效态“0”，当 HALD 信号有效时，总线上输出的存储器 读信号 XMRD 为高阻态。
5、XMRD 为低时，相应的指示灯E0 灭。使用电压表测量数据总线和地址总线左侧的芯片74LS245的使能控制信号（第19脚），发现电压为低，说明数据总线和地址总线与 CPU 连通。
6、按动开关ST，发现控制总线单元的时钟信号指示灯T1——T4保 持不变，说明CPU的时钟被锁死。此时XMRD为高阻态，相应的指示灯E0亮。
二. 实验内容
一. 实验目的
了解运算器的组成结构；掌握运算器的工作原理。
实验四 基本运算器实验
运算器原理图
运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器 B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），控制信号S3..S0、CN_I决定哪个部件工作、对操作数进行何种运算，S3..S0通过多路选择开关选择这个部件的结果作为ALU的输出；如果运算影响进位标志FC、零标志FZ、正负标志位FS，在T3状态的下降沿，结果分别锁存到FC、FZ、FS ；
I是中断允许标志位。ALU中所有模块集成在一片 CPLD中。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，后一节有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。移位运算采用的是8×8位桶形移位器，这样，可以使所有的移位操作都可以一次完成。下图是一个4×4位桶形移位器
所有的输入通过交叉开关与所有的输出端相连。
如右移2位，第2条对角线(右移2)上的2个交叉开关接通，即第3位(in[3])右移至第1位(out[1]),第2位(in[2])移至第0位(out[0])。
又如右环移1位，第3条对角线(右移1)和第7条对角线(左3，3=4-1)同时有效，即可方便地实现右环移。
逻辑左移/右移只须把没连接的输出位同时充以“0”即可实现；算术右移也只须把没连接的输出位用符号位填充即可。
运算器部件由一片CPLD实现。ALU的输出通过三态门连到CPU内部数据总线（iDBus）上，另外还有指示灯标明进位标志FC、零标志FZ、正负标志FS。请注意：图中T1、T2、T3、nRST已与CON单元相连，其它信号都来自于ALU单元的排针上。
实验仪所有单元的T1、T2、T3、nRST已与控制台（CON）单元的T1、T2、T3、nRst连接，nRst提供复位信号；T1、T2、T3是一个微指令周期的三个节拍，高电平有效，瞬间只有一个信号有效，初始状态T1、T2、T3都是低电平。wA（允许写暂存器A）、wB(允许写暂存器B）、rALU(允许ALU结果输出到内部数据总线（iDBus）上)，都是低电平有效。
暂存器A和暂存器B的数据能在 LED灯上实时显示，原理如下图：
进位标志FC、零标志FZ、正负标志FS、内部数据总线 iD7…iD0的显示原理与此类似；B、寄存器R0-3、堆栈寄存器SP、标志寄存器PSW（含FC、FZ、FS、I）共用R_0..R_7八个发光二极管，通过Select按键选择，按键上方的发光二极管指示R_0..R_7显示那个寄存器的值。
ALU功能表 运S3 S2 S1 C功能 算类型 S0 N_I F = A （直通） F = B （直通） F = A + B （或） （FZ） 逻辑运算 F = A * B （与） （FZ） F = A ^ B （异或） （FZ） F = /A （取反） （FZ） F = A 不带进位循环右移0 （FZ） B(取低3位)位 0101 1 F = A 算术右移一位 （FZ） 0 F = A 逻辑右移一位 （FZ） 移0110 F = A 带进位循环右移一（FC，位运算 1 位 FZ） 0 F = A 逻辑左移一位 （FZ） 0111 F = A 带进位循环左移一（FC，1 位 FZ） （FC，0 F = A + B FZ，FS） 1000 （FC，1 F = A + B + FC FZ，FS） （FC，0 F = A - B 算FZ，FS） 1001 术运算 （FC，1 F = A - B - FC FZ，FS） 0 F = A + 1 （FZ） 1010 1 F = NEG A (取补) （FZ） 1011 X F = A - 1 （FZ） 1100 X 置FC = CN_I （FC） 其它 1101 X 置I = CN_I (I) 1110 （保留） 1111 （保留） S3、S2、S1、S0、CN_I为控制信号，FC-进位标志，FZ-零标志，FS-正负标志，I-中断允许标志；表中功能栏内的FC、FZ、FS表示当前运算会影响到该标志。
0000 0000 0001 0010 0011 0100 0 1 X X X X 三. 实验过程和图片
1、连线说明：
ALU单元：S0..S3(JP18) —开关区单元：K20..K23(JP89) — ALU单元：wA、wB、rALU、—开关区单元：K15..K12(JP92) CN_I(JP19) — ALU单元：—扩展区单元：JP62 ALU_D0..ALU_D7(JP25) — ALU单元：IN0..IN7(JP22) —开关区单元：K0..K7(JP97)