《计算机组成原理》课程教学资源（实验指导）实验四 数据通路

实验四数据通路组成实验 一、实验目的 (1)熟悉模型计算机的数据通路： (2)锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障的情况下，独立分析故障现象 并排除故障。 二、实验电路 图8示出了数据通路实验电路图。该数据通路是将双端口RAM实验模块和一个双端口 通用寄存器堆F连接在一起形成的。通用寄存器堆连接运算器模块，本实验涉及其中的操 作数寄存器DR2。 由于双端口存储器RAM是三态输出，因而可以将它直接连接到数据总线DBUS上。此 外，DBUS上还连接着双端口通用寄存器堆。这样，写入存储器的数据可由通用寄存器堆提 供，而从存储器RAM读出的数据也可送到通用寄存器堆保存。 双端口存储器RAM己在前面己做过介绍，DR2在运算器的实验中使用过。通用寄存器 推RF(U32)由一个ISP1016实现，功能上与两个4位的MC14580并联构成的寄存器堆类 似。RF内含四个8位的通用寄存器R0、R1、R2、R3,带有一个写入端口和两个输出端口 从而可能同时写入一路数据，读出两路数据。写入端口取名为WR端口，连接一个8位的 暂存奇存器(U14)ER,这是一个74HC374.输出端口取名为RS端口(B端口)、RD端口 (A端口)，连接运算器模块的两个操作数寄存器DR1、DR2。RS端口(B端口)的数据输 出还可通过一个8位的三态RS0(U15)直接向DBUS输出。 双端口的通用寄存器堆模块的控制信号中，RS1、RS0用于选择从RS端口(B端口) 读出的通用寄存器，RDL、RDO用于选择从RD端口(A端口)读出的通用寄存器。而WRI WRO则用于选择从WR端口写入的通用寄存器。WRD是写入控制信号，当WRD=I时，在 T2上升沿时刻，将暂存寄存器ER中的数据写入通用寄存器堆中由WR1、WR0选中的寄存 器：当WRD=O时，ER中的数据不写入通用寄存器中。LDER信号控制ER从DBUS写入 数据，当LDER=1时，在T4的上升沿，DBUS上的数据写入ER。RS.BUSA#信号则控制Rs 端口到DBUS的输出三态门，是一个低有效信号。以上控制信号各自连接一个二进制开关 K0-K15. 三、实验设备 (1)T正C-4计算机组成原理实验仪一台 (2)直流万用表一只 四、实验任务 (1)将实验电路与控制台的有关信号进行线路连接，方法同前面的实验 (2)用8位数据开关向RF中的四个通用寄存器分别置入以下数据：R0=0FH,R1=OF0H, R2=55H,R3=0AAH。 给RO置入OFH的步骤是：先用8位数码开关SW0SW7将OFH置入ER,并且选择 WR1=O、WRD=O、WRD=l,再将ER的数据置入RF。给其他通用寄存器置入数据的步聚

14 实验四 数据通路组成实验 一、实验目的 （1） 熟悉模型计算机的数据通路； （2） 锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障的情况下，独立分析故障现象， 并排除故障。 二、实验电路 图 8 示出了数据通路实验电路图。该数据通路是将双端口 RAM 实验模块和一个双端口 通用寄存器堆 RF 连接在一起形成的。通用寄存器堆连接运算器模块，本实验涉及其中的操 作数寄存器 DR2。 由于双端口存储器 RAM 是三态输出，因而可以将它直接连接到数据总线 DBUS 上。此 外，DBUS 上还连接着双端口通用寄存器堆。这样，写入存储器的数据可由通用寄存器堆提 供，而从存储器 RAM 读出的数据也可送到通用寄存器堆保存。 双端口存储器 RAM 已在前面已做过介绍，DR2 在运算器的实验中使用过。通用寄存器 堆 RF（U32）由一个 ISP1016 实现，功能上与两个 4 位的 MC14580 并联构成的寄存器堆类 似。RF 内含四个 8 位的通用寄存器 R0、R1、R2、R3，带有一个写入端口和两个输出端口， 从而可能同时写入一路数据，读出两路数据。写入端口取名为 WR 端口，连接一个 8 位的 暂存寄存器（U14）ER，这是一个 74HC374。输出端口取名为 RS 端口（B 端口）、RD 端口 （A 端口），连接运算器模块的两个操作数寄存器 DR1、DR2。RS 端口（B 端口）的数据输 出还可通过一个 8 位的三态 RS0（U15）直接向 DBUS 输出。 双端口的通用寄存器堆模块的控制信号中，RS1、RS0 用于选择从 RS 端口（B 端口） 读出的通用寄存器，RD1、RD0 用于选择从 RD 端口（A 端口）读出的通用寄存器。而 WR1、 WR0 则用于选择从 WR 端口写入的通用寄存器。WRD 是写入控制信号，当 WRD=1 时，在 T2 上升沿时刻，将暂存寄存器 ER 中的数据写入通用寄存器堆中由 WR1、WR0 选中的寄存 器；当 WRD=0 时，ER 中的数据不写入通用寄存器中。LDER 信号控制 ER 从 DBUS 写入 数据，当 LDER=1 时，在 T4 的上升沿，DBUS 上的数据写入 ER。RS BUS#信号则控制 RS 端口到 DBUS 的输出三态门，是一个低有效信号。以上控制信号各自连接一个二进制开关 K0-K15。 三、实验设备 （1）TEC-4 计算机组成原理实验仪一台 （2） 直流万用表一只 四、实验任务 （1）将实验电路与控制台的有关信号进行线路连接，方法同前面的实验。 （2）用 8 位数据开关向 RF 中的四个通用寄存器分别置入以下数据：R0=0FH，R1=0F0H， R2=55H，R3=0AAH。 给 R0 置入 0FH 的步骤是：先用 8 位数码开关 SW0-SW7 将 0FH 置入 ER，并且选择 WR1=0、WRD=0、WRD=1，再将 ER 的数据置入 RF。给其他通用寄存器置入数据的步聚

与此类比。 (3)分别将R0至R3中的数据同时读入到DR2寄存器中和DBUS上，观察其数据是 否是存入R0至R3中的数据，并记录数据。其中DBUS上的数据可直接用指示灯显示，DR 中的数据可通过运算器ALU,用直通方式将其送往DBUS。 五、实验步骤与实验结果 (1)接线 JAR BUS#接VCC,禁止中断地址寄存器LAR向数据总线DBUS送数据。CER接GND 禁止存储器右端口工作。AR1NC接GND,禁止ARI加1。SI接GNDS2接GND,S0接 VC℃，使运算器ALU处于直通方式。M2接GND,使DR2选择寄存器堆F作为数据来源 置DP=1,DZ=0,DB=0,使实验系统开机后处于单拍状态。 KO接SW_BUS#,K1接RS_BUS#,K2接ALU_BUS,K3接CEI#,K4接LRW,K5 接LDARI,K6接LDDR2,K7接LDER,K8接RSO,K9接RSI,KI0接RDO,KII接RDI, KI2接WR0,K13接WR,K14接WRD 合上电源。按CR#按钮，使实验系绕处于初始状态 (2)向RF中的四个通用寄存器分别置入数据 KI (RS BUS#)=1,K2(ALU BUS)=0,K3(CEL#)=1,K4(LRW)=1,K5(LDARI) =0,K6(LDDR2)=0,K7(LDER)=0.K8(RS0)=0,K9(RSI)=0.K10(RD0)=0. K11(RD1)=0,K12(WR0)=0,K13(WR1)=0,K14(WRD)=0。 令K0(SW_BUS#)=0,K7(LDER)=1。置SW7-SW0为0FH,按一次QD按钮， 将OFH写入暂存寄存器ER。令K7(LDER)=O,K14(WRD)=l,K12(WRO)=O,K13 (WRI)=O,按一次QD按钮，将OFH(在ER中)写入RO寄存器。 令K0(SW BUS#)=0,K7(LDER)=1。置SW7-SW0为OFOH,按一次QD按钮， 将0FOH写入暂存寄存器ER。令K7(LDER)=0,K14(WRD)=1,K12(WRO)=1,K13 (WRI)=O,按一次QD按钮，将OFOH(在ER中)写入R1寄存器。 今K0(SW BUS#)=0,K7(LDER)=1。置SW7一SW0为55H,按一次OD按纽，将 55H写入暂存寄存器ER。令K7(LDER)=O,K14(WRD)=l, K12(WR0)-0,K13(WR1)=1,按一次QD按钮，将55H(在ER中)写入R2寄存器。 令K0(SW.BUS#)-0,K7(LDER)=1。置SW7-SW0为0AAH,按一次QD按钮， 将0AAH写入暂存寄存器ER。令K7(LDER)=0,K14(WRD)=1,K12(WR0)=1,K13 (WR1)=1,按一次OD按钮，将0AAH(在ER中)写入R3寄存器。 (3)分别将RO至R3中的数据同时读入到DR2寄存器中和DBUS上，观察其数据是 否是存入R0至R3中的数据。 (SW_BUS#)=1,K2 (ALU_BUS)=0,K3 (CEL#)=1,K4 (LRW)=1, K5(LDAR1)=0,K6(LDDR2)=0,K7(LDER)=0,K10(RD0)=0,KI1(RD1)=-0, K12(WR0)=0,K13(WR1)=0.K14(WRD)=0 将开关IR/DBUS至于DBUS位置。令KI(RS_BUSA#)=O,使寄存器堆中的数据送DBUS 总线。令K8(RS0)=O,K9(RSI)=O,R0中的数据通过B端口送DBUS,数据指示灯应 显示OFH。令K8(RS0)=l,K9(RSD=0,R1中的数据通过B端口送DBUS,数据指示 灯应显示0FOH。令K8(RS0)-O,K9(RSI)=1,R2中的数据通过B端口送DBUS,数 据指示灯应显示55H。令K8(RS0)=1,K9(RSI)=1,R3中的数据通过B端口送DBUS

15 与此类比。 （3）分别将 R0 至 R3 中的数据同时读入到 DR2 寄存器中和 DBUS 上，观察其数据是 否是存入 R0 至 R3 中的数据，并记录数据。其中 DBUS 上的数据可直接用指示灯显示，DR2 中的数据可通过运算器 ALU，用直通方式将其送往 DBUS。 五、实验步骤与实验结果 （1）接线 IAR BUS#接 VCC，禁止中断地址寄存器 IAR 向数据总线 DBUS 送数据。CER 接 GND， 禁止存储器右端口工作。AR1 INC 接 GND，禁止 ARI 加 1。S1 接 GND S2 接 GND，S0 接 VCC，使运算器 ALU 处于直通方式。M2 接 GND，使 DR2 选择寄存器堆 RF 作为数据来源。 置 DP=1，DZ=0，DB=0，使实验系统开机后处于单拍状态。 K0 接 SW BUS#，K1 接 RS BUS#，K2 接 ALU BUS，K3 接 CEL#，K4 接 LRW，K5 接 LDAR1，K6 接 LDDR2，K7 接 LDER，K8 接 RS0，K9 接 RSI，K10 接 RD0，K11 接 RD1， K12 接 WR0，K13 接 WR1，K14 接 WRD。 合上电源。按 CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。 （2）向 RF 中的四个通用寄存器分别置入数据 令 K1（RS BUS#）=1，K2（ALU BUS）=0，K3（CEL#）=1，K4（LRW）=1，K5（LDAR1） =0，K6（LDDR2）=0，K7（LDER）=0，K8（RS0）=0，K9（RSI）=0，K10（RD0）=0， K11（RD1）=0，K12（WR0）=0，K13（WR1）=0，K14（WRD）=0。 令 K0（SW BUS#）=0，K7（LDER）=1。置 SW7—SW0 为 0FH，按一次 QD 按钮， 将 0FH 写入暂存寄存器 ER。令 K7（LDER）=0，K14（WRD）=1，K12（WR0）=0，K13 （WR1）=0，按一次 QD 按钮，将 0FH（在 ER 中）写入 R0 寄存器。 令 K0（SW BUS#）=0，K7（LDER）=1。置 SW7—SW0 为 0F0H，按一次 QD 按钮， 将 0F0H 写入暂存寄存器 ER。令 K7（LDER）=0，K14（WRD）=1，K12（WR0）=1，K13 （WR1）=0，按一次 QD 按钮，将 0F0H（在 ER 中）写入 R1 寄存器。 令 K0（SW BUS#）=0，K7（LDER）=1。置 SW7—SW0 为 55H，按一次 QD 按钮，将 55H 写入暂存寄存器 ER。令 K7（LDER）=0，K14（WRD）=1， K12（WR0）=0，K13（WR1）=1，按一次 QD 按钮，将 55H（在 ER 中）写入 R2 寄存器。 令 K0（SW BUS#）=0，K7（LDER）=1。置 SW7—SW0 为 0AAH，按一次 QD 按钮， 将 0AAH 写入暂存寄存器 ER。令 K7（LDER）=0，K14（WRD）=1，K12（WR0）=1，K13 （WR1）=1，按一次 QD 按钮，将 0AAH（在 ER 中）写入 R3 寄存器。 （3）分别将 R0 至 R3 中的数据同时读入到 DR2 寄存器中和 DBUS 上，观察其数据是 否是存入 R0 至 R3 中的数据。 1、令 K0（SW BUS#）=1，K2（ALU BUS）=0，K3（CEL#）=1，K4（LRW）=1， K5（LDAR1）=0，K6（LDDR2）=0，K7（LDER）=0，K10（RD0）=0，K11（RD1）=0， K12（WR0）=0，K13（WR1）=0，K14（WRD）=0。 将开关 IR/DBUS 至于 DBUS 位置。令 K1（RS BUS#）=0，使寄存器堆中的数据送 DBUS 总线。令 K8（RS0）=0，K9（RSI）=0，R0 中的数据通过 B 端口送 DBUS，数据指示灯应 显示 OFH。令 K8（RS0）=1，K9（RSI）=0，R1 中的数据通过 B 端口送 DBUS，数据指示 灯应显示 0FOH。令 K8（RS0）=0，K9（RSI）=1，R2 中的数据通过 B 端口送 DBUS，数 据指示灯应显示 55H。令 K8（RS0）=1，K9（RSI）=1，R3 中的数据通过 B 端口送 DBUS

数据指示灯应显示0AAH。 2.K0(SW.BUS#)=1.K1(RS.BUS#)=1.K3(CEL#)=1,K4(LRW)=1.K5(LDARI) =0,K7(LDER)=0,K8(RS0)=0,K9(RSI)-0,K12(WR0)=0,K13(WR1)=0, K14(WRD)=0. 将开关R/DBUS至于DBUS位置。令K2(ALU_BUS)=l,使运算器ALU的运算 果送DBUS总线。由于S2接GND,S1接GND,SO接VCC,ALU做直通运算，因此DBUS 数据指示灯品示的是DR2寄存器的值。今K10(RD0)=0.K11(RD1)=0.K6(LDDR2》 =l,按一次QD按钮，RO中的数据通过A端口送入DR2,DBUS数据指示灯应显示OFH。 令K10(RD0)=1,K11(RD1)=0.K6(LDDR2)=1,按一次OD按钮，R1中的数据通 过A端口送入DR2,DBUS数据指示灯应显示OFOH。令K6(LDDR2)=,KI0(RD0) =0,K11(RD1)=1,按一次QD按钮，R2中的数据通过A端口送入DR2,DBUS数据指 示打应显示55H。今K10(RD0)=1,K11(RD1)=1,K6(1DDR2)=1,按一次OD按钮. R3中的数据通过A端口送入DR2,DBUS数据指示灯应显示OAAH, 数指示 ALU 双端口RAM A7-AD OERW 数粼指示司 DBUS 图8数据通路实验电路图

16 数据指示灯应显示 0AAH。 2、K0（SW BUS#）=1，K1（RS BUS#）=1，K3（CEL#）=1，K4（LRW）=1，K5（LDAR1） =0，K7（LDER）=0，K8（RS0）=0，K9（RSI）=0，K12（WR0）=0，K13（WR1）=0， K14（WRD）=0。 将开关 IR/DBUS 至于 DBUS 位置。令 K2（ALU BUS）=1，使运算器 ALU 的运算结 果送 DBUS 总线。由于 S2 接 GND，S1 接 GND，S0 接 VCC，ALU 做直通运算，因此 DBUS 数据指示灯显示的是 DR2 寄存器的值。令 K10（RD0）=0，K11（RD1）=0，K6（LDDR2） =1，按一次 QD 按钮，R0 中的数据通过 A 端口送入 DR2，DBUS 数据指示灯应显示 OFH。 令 K10（RD0）=1，K11（RD1）=0，K6（LDDR2）=1，按一次 QD 按钮，R1 中的数据通 过 A 端口送入 DR2，DBUS 数据指示灯应显示 OFOH。令 K6（LDDR2）=1 ，K10（RD0） =0，K11（RD1）=1，按一次 QD 按钮，R2 中的数据通过 A 端口送入 DR2，DBUS 数据指 示灯应显示 55H。令 K10（RD0）=1，K11（RD1）=1，K6（LDDR2）=1，按一次 QD 按钮， R3 中的数据通过 A 端口送入 DR2，DBUS 数据指示灯应显示 OAAH