实验三-数据通路(总线)实验

实验三数据通路(总线)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（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（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、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（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位的三态门RS0（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K0—Kl5。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（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=F0H，R2=55H，R3=AAH。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F0H，55H，AAH单元。（5）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。（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=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（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?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。（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F0H，按一次QD按钮，将F0H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F0H（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AAH，按一次QD按钮，将AAH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AAH（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（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F0H。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AAH。2．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F0H。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AAH。（4）将R0、R1、R2、R3中的数据依次送入存储器0FH、F0H、55H、AAH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F0H，按一次QD按钮，将AR1置为F0H，地址指示灯应显示F0H。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F0H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AAH，按一次QD按钮，将AR1置为AAH，地址指示灯应显示AAH。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AAH单元。（5）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