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实验三 常规数据通路组成实验
姓名：李云娜 班级：软件1102 学号：201116040225
一、实验目的
1、将双端口通用寄存器和双端口存储器模块联机。
2、进一步熟悉计算机的数据通路。
3、掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及排除故障的一般原则和方法。
4、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、实验类型
验证型。
三、实验仪器
1、TEC-4计算机组成原理实验仪一台。
2、双踪示波器一台。
3、直流万用表一只。
4、逻辑测试笔一支。
四、实验原理
图3示出了数据通路实验电路图，它是将双端口存储器实验模块和一个双端口通用寄存器模块（RF）连接在一起形成的。双端口存储器的指令端口不参与本次实验。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已在实验二中使用过，DR2在实验一中使用过。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，从而可以同时写入一路数据。读出两种数据。
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。输出端口名为RS（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位的三态门RSO（U15）直接向DBUS输出。
双端口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用于和选择从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上升沿的时刻，将暂存寄存器ER中的数据写入通用寄存器堆中的RD1，RD0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，是一个低电平有效信号。以上控制信号各自连接一个二进制开关K0-K15。
五、 实验内容
（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。
图3 数据通路实验电路图
（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、WR=0、WRD=1，再将ER的数据置入R0，给其他通用寄存器置入数据的步骤与此类似。
（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。
（4）用8位数码开关SW0-SW7向AR1送入一个地址0FH，然后将R0中的0FH写入双端口RAM。
用同样的方法，依次将R1至R3中的数据写入RAM中的0F0H，55H，0AAH单元。
（5）分别将RAM中的0AAH单元的数据写入R0，55H单元的数据写入R1，0F0H单元写入R2，0FH单元写入R3。然后将R3，R2，R1，R0中的数据读出到DBUS上，通过指示灯验证读出的数据是否正确，并记录数据。
（6）进行RF并行输入输出试验。
1）选择RS端口（B端口）对应R0，RD端口（A端口）对应R1，WR端口对应R2，并使WRD=1，观察并行输入输出的结果。选择RS端口对应R2，验证刚才的写入是否生效。记录数据。
2）保持RS端口（B端口）和WR端口同时对应R2，WRD=1时，而ER中置入新的数据，观察并行输入输出的结果，RS端口输出的是旧的还是新的数据？
（7）在数据传送过程中，发现了什么故障？如何克服的。
六、 实验步骤
1． 令K0（CEL#）= 1，K1(LRW) = 1，K2（CER）= 0，K3(LDAR1) = 1，K4（LDAR2）= 0，K5（SW_BUS#） = 0，K6（LDIR）= 0。将IR/DBUS开关拨到DBUS位置，将AR1/AR2开关拨到AR1位置。置SW7—SW0 = 00H，按一次QD按钮，将00H写入AR1，绿色的地址指示灯应显示00H。
令K0（CEL#）= 0，K1（LRW）= 0，K3（LDAR1）= 0，按一次QD按钮，则将00H数据写入存储器的00H单元。
依次重复进行，在存储器10H单元写入数据10H，20H单元写入20H，30H单元写入30H，40H单元写入40H，共存入５个数据。
将数据0FH置入到通用寄存器R0中
拨动SW7-SW0开关，设置输入的数据0FH,如下所示：
SW7
SW6
SW5
SW4
SW3
SW2
SW1
SW0
0
0
0
0
1
1
1
1
按QD，数据0FH已经写入到了通用寄存器R0中
同理，将数据0F0H, 55H, 0AAH分别写入到通用寄存器R1、R2、R3中的操作与上述类似，其中开关K2、K3的作用是用来选择RO~R3之中的一个寄存器。
在本实验中，K2=0,K3=0表示选择了寄存器R0，K2=1,K3=0表示选择了寄存器R1，K2=0,K3=1表示选择了寄存器R2，K2=1,K3=1表示选择了寄存器R3，只要改变K2和K3的电平与SW7-SW0开关即可。
实验步骤（二）——用8位数据开关向AR送入地址，然后将数据写入双端口存储器中
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1、向地址寄存器AR送入地址0FH，拨动数据通路开关如下：

拨动SW7-SW0开关，设置输入的地址0FH,如下所示：
SW7
SW6
SW5
SW4
SW3
SW2
SW1
SW0
0
0
0
0
1
1
1
1
按QD，地址0FH将写入到地址寄存器AR中
将数据0FH写入到双端口存储器中
将寄存器R0中的数据0FH写入到双端口存储器RAM中的0FH单元中，拨动数据通路开关
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RD0
RD1
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K4
K5
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
如下：
按动QD,寄存器R0中的数据0FH已经写入到双端口存储器RAM中的0FH单元中
DBUS显示情况： 0000 1111
2、向地址寄存器AR送入地址0F0H，拨动数据通路开关如下：
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
0
0
1
0
1
0
1
0
1
拨动SW7-SW0开关，设置输入的地址0F0H,如下所示：
SW7
SW6
SW5
SW4
SW3
SW2
SW1
SW0
1
1
1
1
0
0
0
0
按QD，地址0F0H将写入到地址寄存器AR中
将数据0F0H写入到双端口存储器中
将寄存器R1中的数据0F0H写入到双端口存储器RAM中的0F0H单元中，拨动数据通路开关如下：
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RD0
RD1
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K4
K5
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
1
0
1
0
1
1
0
0
0
1
0
按动QD,寄存器R1中的数据0F0H已经写入到双端口存储器RAM中的0F0H单元中DBUS显示情况： 1111 0000
3、向地址寄存器AR送入地址55H，拨动数据通路开关如下：
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
0
0
1
0
1
0
1
0
1

拨动SW7-SW0开关，设置输入的地址55H,如下所示：
SW7
SW6
SW5
SW4
SW3
SW2
SW1
SW0
0
1
0
1
0
1
0
1
按QD，地址55H将写入到地址寄存器AR中
将数据55H写入到双端口存储器中
将寄存器R2中的数据55H写入到双端口存储器RAM中的55H单元中，拨动数据通路开
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RD0
RD1
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K4
K5
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
1
0
0
1
1
1
0
0
0
1
0
关如下：
按动QD,寄存器R2中的数据55H已经写入到双端口存储器RAM中的55H单元中
DBUS显示情况： 0101 0101
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
0
0
1
0
1
0
1
0
1
4、向地址寄存器AR送入地址0AAH，拨动数据通路开关如下：

拨动SW7-SW0开关，设置输入的地址0AAH,如下所示：
SW7
SW6
SW5
SW4
SW3
SW2
SW1
SW0
1
0
1
0
1
0
1
0
按QD，地址0AAH将写入到地址寄存器AR中
将数据0AAH写入到双端口存储器中
将寄存器R3中的数据0AAH写入到双端口存储器RAM中的0AAH单元中，拨动数据通路
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RD0
RD1
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K4
K5
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
开关如下：
按动QD,寄存器R3中的数据0AAH已经写入到双端口存储器RAM中的0AAH单元中
DBUS显示情况： 1010 1010
实验步骤（三）——将双端口存储器RAM中的数据写入到通用寄存器RF中
1、 将RAM的0AAH单元数据写入RO
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K10
K12
K13
K14
电平
0
0
1
0
1
1
0
1
选择AR中的0AAH地址单元，拨动数据通路开关如下：

拨动SW7-SW0开关，设置输入的地址0AAH,如下所示：
SW7
SW6
SW5
SW4
SW3
SW2
SW1
SW0
1
0
1
0
1
0
1
0
按QD
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RD0
RD1
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K4
K5
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
将0AAH单元数据写入R0，拨动数据通路开关如下：
按QD，0AAH单元中的数据0AAH已经写入R0中,DBUS显示情况： 1010 1010
2、 将RAM的55H单元数据写入R1
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K10
K12
K13
K14
电平
0
0
1
0
1
1
0
1
选择AR中的55H地址单元，拨动数据通路开关如下：
拨动SW7-SW0开关，设置输入的地址55H,如下所示：
SW7
SW6
SW5
SW4
SW3
SW2
SW1
SW0
0
1
0
1
0
1
0
1
按QD
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RD0
RD1
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K2
K3
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
1
1
1
0
1
1
0
1
0
0
1
将55H单元数据写入R1，拨动数据通路开关如下：
按QD，55H单元中的数据55H已经写入R1中,DBUS显示情况： 0101 0101
3、 将RAM的0F0H单元数据写入R2
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K10
K12
K13
K14
电平
0
0
1
0
1
1
0
1
选择AR中的0F0H地址单元，拨动数据通路开关如下：
拨动SW7-SW0开关，设置输入的地址0F0H,如下所示：
SW7
SW6
SW5
SW4
SW3
SW2
SW1
SW0
1
1
1
1
0
0
0
0
按QD
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RD0
RD1
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K2
K3
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
1
1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
将0F0H单元数据写入R2,拨动数据通路开关如下：
0F0H已经写入R2中,DBUS显示情况： 1111 0000

4、 将RAM的0FH单元数据写入R3
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K10
K12
K13
K14
电平
0
0
1
0
1
1
0
1
选择AR中的0FH地址单元，拨动数据通路开关如下：

拨动SW7-SW0开关，设置输入的地址0FH,如下所示：
SW7
SW6
SW5
SW4
SW3
SW2
SW1
SW0
0
0
0
0
1
1
1
1
按QD
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RD0
RD1
RS-BUS#
LDAR#
CEL#
LR/W#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K2
K3
K6
K7
K10
K11
K12
K13
K14
电平
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
将0FH单元数据写入R3,拨动数据通路开关如下：
按QD，0F0H单元中的数据0F0H已经写入R3中,DBUS显示情况： 0000 1111
实验步骤（四）——验证R0~R3中的数据
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
RS0
RS1
CEL#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K8
K9
K10
K12
K13
K14
电平
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
在理论上，R0=1010 1010, R1=0101 0101, R2=1111 0000 ,R3=0000 1111
查看R0中的数据，拨动数据通路开关如下：
DBUS显示情况： 1010 1010
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
RS0
RS1
CEL#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K8
K9
K10
K12
K13
K14
电平
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
查看R1中的数据，拨动数据通路开关如下：
DBUS显示情况： 0101 0101
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
RS0
RS1
CEL#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K8
K9
K10
K12
K13
K14
电平
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
查看R2中的数据，拨动数据通路开关如下：
DBUS显示情况： 1111 0000
数据通路
SW-BUS#
LDRi
RS-BUS#
LDAR#
RS0
RS1
CEL#
RAM-BUS#
LDDR1
ALU-BUS#
电平开关
K0
K1
K6
K7
K8
K9
K10
K12
K13
K14
电平
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
查看R3中的数据，拨动数据通路开关如下：
DBUS显示情况： 0000 1111