计算机组成原理数据通路组成实验

一、实验目的

(1)将双端口通用寄存器堆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、实验任务

(1)将实验电路与控制台的有关信号进行线路连接。

(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、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。

(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。

(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。

a.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。

b.保持RS端口(B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?

(7)在数据传送过程中，发现了什么故障?如何克服的?

三、实验工具

模拟程序

四、实验步骤及实验结果

1、根据数据通路仿真面板要求进行连线

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, K8 (RS0) = 0，K9 (RS1) = 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0FOH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0FOH (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。

a.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 (RS1) =0, R0中的数据通过B端口送DBUS，数据指示灯应显示0FH。

令K8 (RS0)= 1，K9 (RS1) = 0，R1中的数据通过B端口送DBUS，数据指示灯应显示0F0H。

令K8 (RS0) = 0,K9 (RS1) =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 (RS1)=1，R3中的数据通过B端口送DBUS,数据指示灯应显示OAAH。

b.令K0(SW_BUS#)=1,K1(RS_BUS#)=1，K3(CEL#)=1，K4(LRW)=1，K5(LDAR1)=0,K7(LDER)=0,K8(RS0)=0,K9(RS1)=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0FH。

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0F0H。

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0AAH。

4、将R0、R1、R2、R3中的数据依次送入存储器0FH、 0F0H、 55H、 0AAH单元。

令K2 (ALU_BUS) = 0, K5 (LDAR1) = 0, K6 (LDDR2) = 0，K7 (LDER) = 0,K10(RD0)=0,K11(RD1)=0,K12(WR0)=0,K13(WR1)=0,K14(WRD)=0。置AR1/AR2开关到AR1位置。令K1 (RS_ BUS#) = 1, K0 (SW_ BUS#) = 0, K5 (LDAR1) = 1, K3(CEL#) = 1，置SW7-SW0为0FH，按一次QD按钮，将AR1置为0FH，地址指示灯应显示0FH。

令K0 (SW_ BUS#) = 1，K1 (RS_BUS#) = 0，禁止数据开关SW7-SW0送DBUS，允许寄存器堆送数据总线DBUS。令K5(LDAR1)=0,K8(RS0)=0，K9(RS1)=0,K3(CEL#)=0,K4(LRW)=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 (RS_BUS#) = 1，K0 (SW_ BUS#) = 0, K5 (LDAR1) = 1, K3(CEL#) = 1，置SW7-SW0为0F0H，按一次QD按钮，将AR1置为0F0H，地址指示灯应显示0F0H。

令K0 (SW_ BUS#)= 1, K1 (RS_ BUS#) = 0，禁止数据开关SW7-SW0 送DBUS，允许寄存器堆送数据总线DBUS。令K5(LDAR1)=0，K8(RS0)=1，K9(RS1)=0，K3(CEL#)=0,K4(LRW)=0,按一次QD按钮，将R1中的数据写入存储器0F0H单元。

置AR1/AR2开关到AR1位置。令K1 (RS_BUS#) = 1, K0 (SW_BUS#) = 0, K5 (LDAR1) = 1，K3(CEL#)= 1，置SW7-SW0为55H，按一次QD按钮，将AR1置为55H，地址指示灯应显示55H。

令K0 (SW_ BUS#) = 1，K1 (RS_BUS#) = 0，禁止数据开关SW7-SW0送DBUS，允许寄存器堆送数据总线DBUS。令K5 (LDAR1) = 0, K8 (RS0) = 0，K9 (RS1)= 1，K3 (CEL#)=0，K4 (LRW)=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 (RS_BUS#) = 1, K0 (SW_ BUS#) = 0, K5 (LDAR1)= 1，K3(CEL#)=1，置SW7—SW0为0AAH，按一次QD按钮，将AR1置为OAAH，地址指示灯应显示0AAH。

令K0 (SW_ BUS#)= 1, K1 (RS_ BUS#) = 0,禁止数据开关SW7-SW0送DBUS，允许寄存器堆送数据总线DBUS。令K5(LDAR1)=0,K8(RS0)=1,K9(RS1)=1,K3(CEL#)=0,K4(LRW)=0,按一次QD按钮，将R3中的数据写入存储器0AAH单元。

5.将RAM中0AAH、55H、 0F0H、 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。

a.令K1(RS_BUS#)=1，K2(ALU_BUS)=0，K6(LDDR2)=0，K8(RS0)=0,K9(RS1)=0,K10 (RD0) = 0, K11 (RD1) = 0。令K0 (SW_BUS#) =0, K5 (LDAR1) =1, K3 (CEL#) =1, K14 (WRD) =0，置SW7-SW0为0AAH,按一次QD按钮，将AR1置为0AAH。

令K14 (WRD)=0, K0 (SW_ BUS#)=1, K3 (CEL#)=0, K4 (LRW)= 1, K5 (LDAR1)= 0, K7 (LDER) = 1,按一次QD按钮，将存储器0AAH单元的内容读出，写入到暂存寄存器ER。

令K0 (SW_BUS#)=1, K5 (LDAR1) =0, K7 (LDER) =0, K3 (CEL#)= 1, K14 (WRD)= 1，K12 (WR0) = 0, K13 (WR1) = 0，按一次QD按钮，将ER中的数据写入R0。

令K0 (SW_BUS#) = 0, K5 (LDAR1) = 1，K3 (CEL#) = 1, K14 (WRD) = 0，置SW7-SW0为55H,按一次QD按钮，将AR1置为55H。

令K14 (WRD) =0, K0 (SW_BUS#)=1, K3 (CEL#)=0, K4 (LRW)= 1，K5 (LDAR1) =0, K7 (LDER)= 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 (SW_BUS#) =1，K5 (LDAR1) =0，K7 (LDER) =0, K3 (CEL#) = 1, K14 (WRD)= 1, K12 (WR0) = 1, K13 (WR1) = 0,按一次QD按钮，将ER中的数据写入R1。

令K0 (SW_BUS#) =0, K5 (LDAR1) =1, K3 (CEL#) =1, K14 (WRD) =0，置SW7-SW0为0F0H,按一次QD按钮，将AR1置为0F0H。

令K14 (WRD)=0, K0 (SW_BUS#)=1, K3 (CEL#)=0, K4 (LRW)= 1, K5 (LDAR1)= 0, K7 (LDER) = 1,按一次QD按钮，将存储器0F0H单元的内容读出，写入到暂存寄存器ER。

令K0(SW_BUS#)=1，K5 (LDAR1)=0，K7 (LDER)=0，K3 (CEL#)=1, K14 (WRD)= 1，K12 (WR0) = 0, K13 (WR1) = 1，按一次QD按钮，将ER中的数据写入R2。

令K0 (SW_BUS#) = 0, K5 (LDAR1) = 1，K3 (CEL#) = 1, K14 (WRD) = 0，置SW7-SW0为0FH,按一次QD按钮，将AR1置为0FH。

令K14 (WRD) =0, K0 (SW_ BUS#)=1, K3 (CEL#)=0, K4 (LRW)= 1, K5 (LDAR1) =0，K7 (LDER)= 1，按一次QD按钮，将存储器OFH单元的内容读出，写入到暂存寄存器ER。

令K0 (SW_BUS#) =1，K5 (LDAR1) =0，K7 (LDER) =0，K3 (CEL#) = 1, K14 (WRD)= 1, K12 (WR0) = 1, K13 (WR1) = 1，按一次QD按钮，将ER中的数据写入R3。

b.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，K8 (RS0) = 0，K9 (RS1)= 0,数据指示灯显示R0的值，应为0AAH。

令K8 (RS0) = 1, K9 (RS1) =0,数据指示灯显示R1的值，应为55H。

令K8(RS0)=0,K9(RS1)=1，数据指示灯显示R2的值，应为0F0H。

令K8(RS0)=1,K9 (RS1) = 1，数据指示灯显示R3的值，应为0FH。

6.进行RF并行输入输出试验

a.选择RS端口(B端口)对应RO，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。

令K3 (CEL#) = 1, K4 (LRW) = 1，K5 (LDAR1) = 0。将开关IR/DBUS至于DBUS位置。令K0 (SW_ BUS#) =0, K1 (RS_BUS#) =1, K2 (ALU_ BUS) =0,K6 (LDDR2) =0，K7 (LDER) = 1, K14 (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#) = 1, K1 (RS_BUS#) = 0，K2 (ALU_ BUS) = 0, K14 (WRD) = 1，K6 (LDDR2)=1。再令K8(RS0)=0,K9(RS1)=0,RS端口选择R0；K10(RD0)=1，K11(RD1)=0，RD端口选择R1; K12 (WR0) = 0, K13 (WR1) = 1, WR 端口选择R2。按一次QD按钮，这时ER中的数据(35H)写入了R2，同时R1中的数据(55H) 写入了DR2，R0中的数据送数据总线DBUS ( 其实，R0中的数据并不受QD按钮的影响)。数据指示灯应显示R0中的数据0AAH。

如果令K1 (RS_BUS#)=1，K2(ALU_BUS)= 1,数据指示灯应显示DR2的内容(即R1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 (RSO) = 0, K9 (RS1) =1，RS端口选择R2,数据指示灯应显示新的R2的值，即35H。

b.保持RS端口(B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?

令K2 (ALU_ BUS) =0，K3 (CEL#) = 1，K4 (LRW) = 1, K5 (LDAR1) =0, K6 (LDDR2) =0，K10(RD0) = 0，K11 (RD1) = 0。将开关IR/DBUS至于DBUS位置。令K0(SW_BUS#) = 0, K1 (RS_BUS#) = 1，K7 (LDER) = 1,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。