实验三 数据通路实验.docx

实验三 数据通路实验实验三 数据通路(总线)实验 一 、实验目的 将双端口通用寄存器堆和双端口存储器模块联机； 进一步熟悉计算机的数据通路； 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； 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，它是将双端口存储器实验模块和一个双端口通用寄存器堆模块连接在一起形成的。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已在存储器原理实验中做过介绍，DR2运算器实验中使用过。通用寄存器堆RF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、RI、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ER，这是一个74HC374。输出端口取名为RS端口、RD端口，连接运算器模块的两个操作数寄存器DR1、DR2。RS端口的数据输出还可通过一个8位的三态门RS0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端口读出的通用寄存器，RD1、RD0用于选择从RD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，是一个低电平有效信号。以上控制信号各自连接一个二进制开关K0Kl5。 图8(a) 数据通路总体图 图8(b) 数据通路实验电路图 三、实验设备 TEC-4计算机组成原理实验仪一台 双踪示波器一台 直流万用表一只 逻辑测试笔一支 四、实验任务 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。 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=F0H，R2=55H，R3=AAH。 给R0置入0FH的步骤是:先用8位数码开关SW0SW7将0FH置入ER，并且选择WR1=0、WR0=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骤与此类似。 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。 用8位数码开关SW0SW7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F0H，55H，AAH单元。 分别将RAM中AAH单元的数据写入R0，55H单元的数据写入R1，F0H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。 进行RF并行输入输出试验。 1选择RS端口对应R0，RD端口对应R1，WR端口对应R2，并使WRD=l，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端口和WR端口同时对应R2，WRD=1，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? 在数据传送过程中，发现了什么故障? 如何克服的? 五、实验步骤与实验结果 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AR1加1。S2接GND，S1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RS1，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。 向RF中的四个通用寄存器分别置入数据 令K1= 1， K2= 0，K3= 1，K4= 1，K5= 0，K6= 0，K8= 0，K9= 0，K10= 0，K11= 0，K12= 0，K13= 0，K14= 0。 令K0= 0，K7= 1。置SW7SW0为0FH，按一次QD按钮，将0FH写入暂存寄存器ER。令K7= 0，K14= 1，K12= 0，K13= 0，按一次QD按钮，将0FH写入R0寄存器。 令K0= 0，K7= 1。置SW7SW0为F0H，按一次QD按钮，将F0H写入暂存寄存器ER。令K7= 0，K14= 1，K12= 1，K13= 0，按一次QD按钮，将F0H写入R1寄存器。 令K0= 0，K7= 1。置SW7SW0为55H，按一次QD按钮，将55H写入暂存寄存器ER。令K7= 0，K14= 1，K12= 0，K13= 1，按一次QD按钮，将55H写入R2寄存器。 令K0= 0，K7= 1。置SW7SW0为AAH，按一次QD按钮，将AAH写入暂存寄存器ER。令K7= 0，K14= 1，K12= 1，K13= 1，按一次QD按钮，将AAH写入R3寄存器。 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= 1，K2= 0，K3= 1，K4= 1，K5= 0，K6= 0，K7= 0，K10= 0，K11= 0，K12= 0，K13= 0，K14= 0。 将开关IR/DBUS至于DBUS位置。令K1= 0，使寄存器堆中的数据送DBUS总线。令K8= 0，K9= 0，R0中的数据通过B端口送DBUS ，数据指示灯应显示0FH。令K8= 1，K9= 0，R1中的数据通过B端口送DBUS，数据指示灯应显示F0H。令K8= 0，K9= 1，R2中的数据通过B端口送DBUS，数据指示灯应显示55H。令K8= 1，K9= 1，R3中的数据通过B端口送DBUS，数据指示灯应显示AAH。 2令K0= 1，K1= 1， K3= 1，K4= 1，K5= 0，K7= 0，K8= 0，K9= 0，K12= 0，K13= 0，K14= 0。 将开关IR/DBUS至于DBUS位置。令K2= 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= 0，K11= 0，K6= 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0FH。令K10= 1，K11= 0，K6= 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F0H。令K6= 1，K10= 0，K11= 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= 1，K11= 1，K6= 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AAH。 将R0、R1、R2、R3中的数据依次送入存储器0FH、F0H、55H、AAH单元。 令K2= 0，K5= 0，K6= 0，K7= 0，K10= 0，K11= 0，K12= 0，K13= 0，K14= 0。 置AR1/AR2开关到AR1位置。令K1= 1，K0= 0，K5= 1，K3= 1，置SW7SW0为0FH，按一次QD按钮，将AR1置为0FH，地址指示灯应显示0FH。令K0= 1，K1= 0，禁止数据开关SW7SW0送DBUS，允许寄存器堆送数据总线DBUS。令K5= 0，K8= 0，K9= 0，K3= 0，K4= 0，按一次QD按钮，将R0中的数据写入存储器0FH单元。 置AR1/AR2开关到AR1位置。令K1= 1，K0= 0，K5= 1，K3= 1，置SW7SW0为F0H，按一次QD按钮，将AR1置为F0H，地址指示灯应显示F0H。令K0= 1，K1= 0，禁止数据开关SW7SW0送DBUS，允许寄存器堆送数据总线DBUS。令K5= 0，K8= 1，K9= 0，K3= 0，K4= 0，按一次QD按钮，将R1中的数据写入存储器F0H单元。 置AR1/AR2开关到AR1位置。令K1= 1，K0= 0，K5= 1，K3= 1，置SW7SW0为55H，按一次QD按钮，将AR1置为55H，地址指示灯应显示55H。令K0= 1，K1= 0，禁止数据开关SW7SW0送DBUS，允许寄存器堆送数据总线DBUS。令K5= 0，K8= 0，K9= 1，K3= 0，K4= 0，按一次QD按钮，将R2中的数据写入存储器55H单元。 置AR1/AR2开关到AR1位置。令K1= 1，K0= 0，K5= 1，K3= 1，置SW7SW0为AAH，按一次QD按钮，将AR1置为AAH，地址指示灯应显示AAH。令K0= 1，K1= 0，禁止数据开关SW7SW0送DBUS，允许寄存器堆送数据总线DBUS。令K5= 0，K8= 1，K9= 1，K3= 0，K4= 0，按一次QD按钮，将R3中的数据写入存储器AAH单元。 将RAM中AAH、55H、F0H、0FH单元的数据依次写入R0、R1、R2、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。 1令K1= 1，K2= 0， K6= 0， K8= 0，K9= 0，K10= 0，K11= 0。 令K0= 0，K5= 1，K3= 1，K14= 0，置SW7SW0为AAH，按一次QD按钮，将AR1置为AAH。令K14= 0，K0= 1，K3= 0，K4= 1，K5= 0，K7= 1，按一次QD按钮，将存储器AAH单元的内容读出，写入到暂存寄存器ER。令K0= 1，K5= 0，K7= 0，K3= 1，K14= 1，K12= 0，K13= 0，按一次QD按钮，将ER中的数据写入R0。 令K0= 0，K5= 1，K3= 1，K14= 0，置SW7SW0为55H，按一次QD按钮，将AR1置为55H。令K14= 0，K0= 1，K3= 0，K4= 1，K5= 0，K7= 1，按一次QD按钮，将存储器55H单元的内容读出，写入到暂存寄存器ER。令K0= 1，K5= 0，K7= 0，K3= 1，K14= 1，K12= 1，K13= 0，按一次QD按钮，将ER中的数据写入R1。 令K0= 0，K5= 1，K3= 1，K14= 0，置SW7SW0为F0H，按一次QD按钮，将AR1置为F0H。令K14= 0，K0= 1，K3= 0，K4= 1，K5= 0，K7= 1，按一次QD按钮，将存储器F0H单元的内容读出，写入到暂存寄存器ER。令K0= 1，K5= 0，K7= 0，K3= 1，K14= 1，K12= 0，K13= 1，按一次QD按钮，将ER中的数据写入R2。 令K0= 0，K5= 1，K3= 1，K14= 0，置SW7SW0为0FH，按一次QD按钮，将AR1置为0FH。令K14= 0，K0= 1，K3= 0，K4= 1，K5= 0，K7= 1，按一次QD按钮，将存储器0FH单元的内容读出，写入到暂存寄存器ER。令K0= 1，K5= 0，K7= 0，K3= 1，K14= 1，K12= 1，K13= 1，按一次QD按钮，将ER中的数据写入R3。 2 令K0= 1， K2= 0，K3= 1，K4= 1，K5= 0，K6= 0，K7= 0， K10= 0， K11= 0，K12= 0，K13= 0 ，K14= 0。 将开关IR/DBUS至于DBUS位置。令K1= 0，K8= 0，K9= 0，数据指示灯显示R0的值，应为AAH。令K8= 1，K9= 0，数据指示灯显示R1的值，应为55H。令K8= 0，K9= 1，数据指示灯显示R2的值，应为F0H。令K8= 1，K9= 1，数据指示灯显示R3的值，应为0FH。 进行RF并行输入输出试验 1选择RS端口对应R0，RD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。令K3(CEL#)=l，K4(LRW)=l，K5(LDAR1)=0。 将开关IR/DBUS至于DBUS位置。令K0(SW_BUS#)=0，K1(RS_BUS#)=l，K2(ALU_BUS)=0，K6(LDDR2)=0，K7(LDER)=l，Kl4(WRD)=0。将SW7-SW0置为35H，按一次QD按钮，将35H写入暂存寄存器 ER。 令K0(SW_BUS#)=l，K1(RS_BUS#)=0，K2(ALU_BUS)=0，K14(WRD)=l，K6(LDDR2)=1。再令K8(RS0)=0，K9(RS1)=0，RS端口选择R0；Kl0(RD0)=l，K11(RD1)=0，RD端口选择R1；Kl2(WR0)=0，K13(WR1)=l，WR端口选择R2按一次QD按钮，这时ER中的数据写入了R2，同时R1中的数据写入了DR2，R0中的数据送数据总线DBUS。数据指示灯应显示R0中的数据AAH，如果令K1(RS_BUS#)=l，K2(ALU_BUS)=1，数据指示灯应显示DR2的内容，应为 55H。再令K1(RS_BUS#)=0，K2(ALU_BUS)=0，使数据指示灯仍显示RS端口的内容，同时令K8(RS0)=0，K9(RS1)=l，RS端口选择R2，数据指示灯应显示新的R2的值，即35H。 2保持RS端口和WR端口同时对应R2，WRD=l，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? 令K2(ALU_BUS)=0，K3(CEL#)=l，K4(LRW)=l，K5(LDAR1)=0，K6(LDDR2)=0，K1(RD0)=0， K11(RD1)=0。 将开关IR/DBUS至于DBUS位置。令K0(SW_BUS#)=0，K1(RS_BUS#)=l，K7(LDER)=l， K14(WRD)=0。将SW7-SW0置为53H，按一次QD按钮，将53H写入暂存寄存器ER。令K0(SW_BUS#)=l，K1(RS_BUS#)=0，K8(RS0)=0，K9(RS1)=l，RS端口选择R2，数据指示灯显示R2的值,应为35H。令K14(WRD)=l，Kl2(WR0)=0，K13(WR1)=1，WR端口选择R2， 允许写操作。当按下QD按钮时，新的值53H从ER写入R2，数据指示灯立即变为53H。