累加器實驗

實驗環(huán)境

計算機組成原理實驗環(huán)境

實驗?zāi)康?/h3>

1. 理解累加器的概念和作用。
2. 連接運算器、存儲器和累加器，熟悉計算機的數(shù)據(jù)通路。
3. 掌握使用微命令執(zhí)行各種操作的方法。

實驗要求

1. 做好實驗預(yù)習(xí)，讀懂實驗電路圖，熟悉實驗元器件的功能特性和使用方法。在實驗之前設(shè)計好要使用的微命令，填入表 6-2 、表 6-3 和表 6-4 表中。
2. 按照實驗內(nèi)容與步驟的要求進行實驗，對預(yù)習(xí)時填寫好的微命令進行驗證與調(diào)試，遇到問題請冷靜、獨立思考，認(rèn)真仔細(xì)地完成實驗。
3. 寫出實驗報告。

實驗電路

???????本實驗使用的主要元器件有：4 位算術(shù)邏輯運算單元 74LS181 ，8 位數(shù)據(jù)鎖存器 74LS273 。8 位正沿觸發(fā)寄存器 74LS374 、三態(tài)輸出的總線收發(fā)器 74LS245 ，2Kx8 靜態(tài)隨機存儲器 6116 ，時序發(fā)生器，與非門、與門、開關(guān)、指示燈等。各芯片詳細(xì)說明請見附錄。
???????圖 1 為本實驗數(shù)據(jù)通路總框圖，其中 ALU 由 2 片 74LS181 構(gòu)成，DR 1、DR2 和 AR 均為一片 74LS273 ，RAM 為一片 6116 芯片，R0 寄存器為一片 74LS374 芯片，△ 表示三態(tài)門 74LS245 ，時序發(fā)生器為虛擬實驗系統(tǒng)提供的虛擬組件。
實驗電路中涉及的主要控制信號如下：

1. M ：選擇 ALU 的運算模式（ M=0 ，算術(shù)運算；M=1 ，邏輯運算）。
2. S3，S2，S1，S0：選擇 ALU 的運算類型。如 M=0 時，設(shè)為 1001 表示加法運算。
3. Cn：向 ALU 最低位輸入的進位信號， Cn=0 時有進位輸入， Cn=l 時無進位輸入。
4. LDDR1：DR1的數(shù)據(jù)加載信號，與 T4 脈沖配合將總線上的數(shù)據(jù)打入 DR1 中。LDDR1 和 T4 通過與門進行與運算之后連接到 74LS273 芯片的 CP 引腳，當(dāng) LDDR1=1 時在 T4 的上升沿將數(shù)據(jù)鎖存到 DR1 。
5. LDDR2：DR2 的數(shù)據(jù)加載信號，與 T4 脈沖配合將總線上的數(shù)據(jù)打入 DR2 中。LDDR2 和 T4 通過與門進行與運算之后連接到 74LS273 芯片的 CP 引腳，當(dāng) LDDR2=1 時在 T4 的上升沿將數(shù)據(jù)鎖存到 DR2 。
6. MR：芯片 74LS273 的清零信號，低電平有效．本實驗恒置為 1 。
7. ALU-BUS ：ALU 輸出三態(tài)門使能信號，為 0 時三態(tài)門打開，ALU 運算結(jié)果輸出到總線。
8. SW-BUS ：開關(guān)輸出三態(tài)門使能信號，為 0 時三態(tài)門打開，SW7 ~ SW0 上的數(shù)據(jù)傳送到總線。
9. CE：6116 片選信號。為 0 時 6116 正常工作。
10. OE：存儲器讀信號， CE=0、 OE=0 為讀操作，在實驗中將其接地，恒置為0。
11. WE：存儲器寫信號。與 T3 脈沖配合實現(xiàn)存儲器寫操作。WE 和 T3 通過與非門進行與非運算之后連接到 6116 芯片的 WE 引腳， 引腳低電平有效。在 CE=0、 OE=0 的條件下，當(dāng) WE=1 且 T3=l 時進行寫操作，否則進行讀操作。
12. LDAR: AR 的地址加載信號，與 T3 脈沖配合將總線上的地址打入 AR 中。LDAR 和 T3 通過與門進行與運算之后連接到 74LS273 芯片的 CP 引腳，當(dāng) LDAR=1 時在 T3 的上升沿將地址鎖存到 AR 。
13. R0-BUS：R0 芯片的輸出控制信號，連接 74LS374 芯片的 OE 引腳，為 0 時將 R0 中的數(shù)據(jù)輸出到總線，為 1 時輸出高阻態(tài)。
14. LDR0：R0 的數(shù)據(jù)載入信號，與 T4 脈沖配合將總線上的數(shù)據(jù)打入 R0 中。LDR0 和 T4 通過與門進行與運算之后連接到 74LS374 芯片的 CP 引腳，當(dāng) LDR0=l 時在 T4 的上升沿將數(shù)據(jù)存入 R0 。
    

實驗原理

???????實驗所用電路如圖 6-1 所示，累加器、運算器、存儲器、數(shù)據(jù)開關(guān)等通過總線相連。在數(shù)據(jù)開關(guān)（SW7 ~ SW0）上設(shè)置的數(shù)據(jù)或地址可經(jīng)三態(tài)門發(fā)送至總線。DR1 和 DR2 從總線上接受數(shù)據(jù)并傳送到 ALU 進行運算，運算結(jié)果經(jīng)三態(tài)門送回總線。地址寄存器 AR 從總線上獲取地址并送至存儲器，存儲器按地址進行讀寫。存儲器在讀操作時，將讀出的數(shù)據(jù)發(fā)送至總線，在寫操作時從總線獲取數(shù)據(jù)并寫入。R0從總線上獲取數(shù)據(jù)并保存起來，需要時再把存入的數(shù)據(jù)輸出到總線上。數(shù)據(jù)顯示燈與總線相連，流經(jīng)總線的所有數(shù)據(jù)和地址都將顯示在數(shù)據(jù)燈上。

???????累加器是一種寄存器，用于存放算術(shù)邏輯運算的操作數(shù)或中間結(jié)果。本實驗把 R0 作為累加器，完成一次簡單的算術(shù)運算。為了調(diào)動各功能部件完成預(yù)定任務(wù)，就要確定在每一個 CPU 周期，要對每一個功能部件發(fā)出什么樣的控制信號。
為方便進行實驗，將圖 6-1 中的所有控制信號歸納到表 6-1 中。實驗的主要任務(wù)就是確定這些控制信號在每一個 CPU 周期的取值。

實驗內(nèi)容與步驟

???????本實驗將 R0 用作累加器，完成一次加法運算。其中，被加數(shù)由數(shù)據(jù)開關(guān)輸入，加數(shù)存放在存儲器中，其地址也從數(shù)據(jù)開關(guān)輸入．運算結(jié)果存入存儲器中，存入的地址由數(shù)據(jù)開關(guān)設(shè)置。

1. 運行虛擬實驗系統(tǒng)，導(dǎo)入實驗電路圖，在電路中加入一個 74LS374 芯片作為累加寄存器 R0 ，將 R0 的數(shù)據(jù)線與總線相連．
2. 按照表 6-1 中列出的所有控制信號線，并仔細(xì)檢查一遍，確保連接正確。連接好的電路如圖 6-2 所示。
3. 進行電路預(yù)設(shè)置。將 DR1 、DR2 和 AR 的 置1， 時序發(fā)生器的 Step 置 1 。
4. A→R0，A 從數(shù)據(jù)開關(guān)輸入。具體步驟如下：
   (1）設(shè)計要使用的微命令，填入表 6-2中。
   
   (2) 打開電源。
   (3) 設(shè)置控制信號1：數(shù)據(jù)開關(guān)→R0()：將數(shù)據(jù)開關(guān)設(shè)置為 A(00000011) ；單擊時序發(fā)生器的 Start 按鈕，等待一個 CPU 周期。
5. 進行累加運算 B+R0→R0 ， B 為存儲器操作數(shù)，B 的地址由數(shù)據(jù)開關(guān)輸入，運算結(jié)果存入 R0 。具體步驟如下：
   （1）設(shè)計好要使用的微命令，填入表 6-3 中。
   
   （2）設(shè)置控制信號2：存儲器操作數(shù)→DR2 ( )：將數(shù)據(jù)開關(guān)設(shè)為 B 的地址（00001000)；單擊 Start 按鈕。等待一個 CPU 周期后，B 的值已存入 DR2 。
   （3）設(shè)置控制信號3：R0→DR1 ( )：單擊 Start 按鈕，等待一個 CPU 周期后，R0 的值已存入 DR1 。
   （4）設(shè)置控制信號4：DR1+DR2→R0( )；單擊 Start 按鈕。等待一個 CPU 周期后，運算結(jié)果已存入 R0。
6. 存儲 R0→存儲單元 C，C 為存儲單元地址，從數(shù)據(jù)開關(guān)輸入。具體步驟如下：
   （1）設(shè)計好要使用的微命令，填入表 6-4 中。
   
   （2）設(shè)置控制信號5：存儲單元地址→AR ( )；將數(shù)據(jù)開關(guān)設(shè)置為 C (00001001) ： 單擊 Start 按鈕。等待一個 CPU 周期后，地址 C 已存入 AR 。
   （3）設(shè)置控制信號6：R0→存儲單元（ ）：單擊 Start 按鈕。等待一個 CPU 周期后，運算結(jié)果已存入存儲單元。
   （4）單擊菜單中的 “工具/存儲器芯片設(shè)置” ，查看存儲單元 09H 的值。

實驗驗證

參考總線與微命令
在原先基礎(chǔ)上另加一個 R0 寄存器


加上 R0 寄存器的總線路圖

預(yù)設(shè)置電路和設(shè)置微命令

打開電源
右上角按鈕分別對應(yīng)
S3、 S2、 S1、 S0、 M、 Cn、 CE、 WE、 LDAR、 LDDR1、 LDDR2、 ALU-BUS、 SW-BUS、LDR0、R0-BUS、

設(shè)置控制信號1

數(shù)據(jù)開關(guān)→R0( )：將數(shù)據(jù)開關(guān)設(shè)置為A(00000011)；單擊時序發(fā)生器的Start按鈕，等待一個CPU周期。

設(shè)置控制信號2

存儲器操作數(shù)→DR2( )：將數(shù)據(jù)開關(guān)設(shè)為 B 的地址（00001000)；單擊 Start 按鈕。等待一個 CPU 周期后，B 的值已存入 DR2 。

設(shè)置控制信號3

R0→DR1( )：單擊 Start 按鈕，等待一個 CPU 周期后，R0 的值已存入 DR1 。

設(shè)置控制信號4

DR1+DR2→R0( )；單擊 Start 按鈕。等待一個 CPU 周期后，運算結(jié)果已存入R0 。

設(shè)置控制信號5

存儲單元地址→AR( )；將數(shù)據(jù)開關(guān)設(shè)置為 C (00001001)：單擊 Start 按鈕。等待一個 CPU 周期后，地址 C 已存入 AR

設(shè)置控制信號6

R0→存儲單元（ ）：單擊 Start 按鈕。等待一個 CPU 周期后，運算結(jié)果已存入存儲單元。
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-456406.html

思考與分析

1. 什么是累加器？它的作用是什么？
2. 什么是微指令？微指令與微命令的關(guān)系是什么？

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