本文主要是介绍计算机组成原理：实验三数据通路组成实验，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
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3.1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已在实验二做过介绍，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）的数据输出还可以通过一个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-K15。
图3.1 数据通路实验电路图
三、实验接线
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RS1
K9接RS0
K10接RD1
K11接RD0
K12接WR1
K13接WR0
K14接WRD
S2接GND
S1接GND
S0接+5V
M2接GND
GER接GND
AR1_INC接GND
IAR_BUS#接+5V
共21根线
四、实验任务
1.用8位数据开关向RF中的四个通用寄存器分别置入数据
1）.向RF中置数
只用到SW_BUS,ER,RF。所以将其它原部件设置为失效，即K1为1，K5为0，K3为1
2）由开关计数器将要植置入的数输入到暂存寄存器ER中。
将SW_BUS与ER中的LDER设置为有效，即K0为0，K7为1，开关计数器设置为想要输入的数，按下QD给WR一个脉冲信号，将数置入到暂存寄存器。
3）然后将数据置入到相应的通用寄存器中。
由于不需要输入数字了将SW_BUS设置为关ER也不需要从总线中置入数据也设置为关，写入数据RF的WRD设置为写模式，也就是K0为1，K7为0，K14为按照想要输入到那个通用寄存器中设置相对应的WR1与WR0的值，按下QD给RF一个T2脉冲信号，这就完成了将ER中的数据置入到了指定的RF通用寄存器中。
| 通用寄存器 | 数据 |
| R0 | 0000 1111 |
| R1 | 1111 0000 |
| R2 | 0101 0101 |
| R3 | 1010 1010 |
2.分别将RO至R3中的数据读入到DBUS上
1）通过三态门读取指定RF通用寄存器中的数据。
RF不需要写入数据了所将WRD设置为不写状态，通过三态门将RF中的数据输入到总线中所以将RSO设置为开，即K14为0 ，K1为0，由于是从B端口输出，所以设置RF中的RS1与RS0，选着相对应的通用寄存器输出，由于是输出到总线上，所以将绿灯调到DBUS上，就可以观察到相对应的数据了。
观察到的数据
| 通用寄存器 | 数据 |
| R0 | 0000 1111 |
| R1 | 1111 0000 |
| R2 | 0101 0101 |
| R3 | 1010 1010 |
与输入的数据一致
3.分别将RO至R3中的数据读入到DR2上
1）将通用寄存器的数据送入到DR2中。
BUS总线上只允许有一路输出，所以将RS0设置为关，DR2设置为接收数据，即K1为1，K6为1，由于是A端口输出，所以通过RF中的RD1与RD0设置相对应的通用寄存器，按下QD给DR2一个T3脉冲信号，将RF对应的通用寄存器的数据加载到DR2中。
2）为了验证是否将数据加载到DR2中，所以可以通过ALU运算器将数据输入到总线中查看是否加载成功。
将ALU设置为允许输入数据的状态，直接查看数据即K2为1，所以将运算器设置为直通与模式，即S2为0，S1为0，S0为1。然后就可以看到DR2中的数据了，也就可以查看数据是否加载成功。
观察到的数据
| 通用寄存器 | 数据 |
| R0 | 0000 1111 |
| R1 | 1111 0000 |
| R2 | 0101 0101 |
| R3 | 1010 1010 |
与输入的数据一致
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。
1）将通用寄存器中的数据送入到指定的双端口寄存器中。
首先送入地址，将SW_BUS与AR1设置为开，即K0为0，K5为1。调整想要指定的数码开关，按下QD给AR一个T4脉冲信号，指定双端口寄存器的地址。
2）然后将通用寄存器的数据写入到RAM中，将SW_BUS与AR1设置为关，即K0为1，K5为0。RS0设置为开，即K1为0，由于是从B端口输出，所以设置RF中的RS1与RS0，选着相对应的通用寄存器输出，将RAM设置为开LRW设置为写模式，即K3为1，K4为0，按下QD给RAM一个T3脉冲信号，将通用寄存器的数据写入到双端口寄存器中。
写入的数据：
| 双端口地址 | 通用寄存器 | 数据 |
| 0FH | R0 | 0000 1111 |
| F0H | R1 | 1111 0000 |
| 55H | R2 | 0101 0101 |
| AAH | R3 | 1010 1010 |
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。
1）将RAM的数据写回到RF中。
首先也是送地址，将SW_BUS与AR1设置为开，即K0为0，K5为1。调整想要指定的数码开关，按下QD给AR一个T4脉冲信号，指定双端口寄存器的地址。将RAM设置为开LRW设置为读模式，即K3为1，K4为1。此时RAM的数据应该读到了总线上，所以可以通过ER将数据送入到RF中，ER为开，即K7为1，按下QD给RAM一个T3脉冲信号，将双端口寄存器的数据写入到暂存寄存器中。
2）然后将数据置入到相应的通用寄存器中。
由于不需要输入数字了将SW_BUS设置为关ER也不需要从总线中置入数据也设置为关，写入数据RF的WRD设置为写模式，也就是K0为1，K7为0，K14为按照想要输入到那个通用寄存器中设置相对应的WR1与WR0的值，按下QD给RF一个T2脉冲信号，这就完成了将ER中的数据置入到了指定的RF通用寄存器中。
3）然后就是检查数据是否加载正确，从三态门将数据输出到总线中观察，RF不需要写入数据了所将WRD设置为不写状态。
通过三态门将RF中的数据输入到总线中所以将RSO设置为开，即K14为0 ，K1为0，由于是从B端口输出，所以设置RF中的RS1与RS0，选着相对应的通用寄存器输出，由于是输出到总线上，所以将绿灯调到DBUS上，就可以观察数据是否加载正确了。
观察到的数据：
| 通用寄存器 | 数据 |
| R0 | 1010 1010 |
| R1 | 0101 0101 |
| R2 | 1111 0000 |
| R3 | 0000 1111 |
与预期数据一致。
五、实验总结
在本次实验中，我们将双端口通用寄存器堆（RF）和双端口存储器模块联机，深入了解了计算机的数据通路操作，并熟悉了数字逻辑电路中故障排除的一般原则和方法。本实验的主要目的是将理论知识应用于实际操作，锻炼分析和解决问题的能力，尤其是在出现故障的情况下，能够独立分析故障现象并排除故障。
实验电路如图3.1所示，通过将双端口存储器模块和双端口通用寄存器堆模块连接，形成了一个完整的数据通路系统。双端口存储器的指令端口不参与本次实验。双端口存储器RAM和通用寄存器堆模块（RF）均连接到数据总线DBUS上，从而实现数据的读写操作。
通用寄存器堆RF由ISP1016实现，内含四个8位的通用寄存器R0、R1、R2、R3，并具有一个写入端口和两个输出端口，能够同时写入一路数据并读出两路数据。我们通过写入控制信号WRD和暂存寄存器ER的控制信号LDER，实现数据的读写操作。此外，通过选择信号RS1、RS0和RD1、RD0，我们能够分别选择RS端口和RD端口读出的通用寄存器。
实验任务包括将数据写入和读出通用寄存器，以及将数据在通用寄存器和双端口RAM之间进行交换。首先，通过设置开关K0-K15，我们将数据从8位数据开关输入到暂存寄存器ER，再写入到通用寄存器堆中的指定寄存器中。在测试过程中，我们成功地向R0-R3寄存器分别写入了指定的数据，并通过总线将数据读出，验证数据的正确性。
接着，我们将通用寄存器的数据写入到双端口RAM中的指定地址，并再次验证数据的正确性。然后，将RAM中的数据读回通用寄存器，进一步验证数据的准确性。整个过程中，通过控制信号和开关的设置，我们实现了数据在通用寄存器和RAM之间的正确传输，并通过指示灯验证了操作的正确性。
实验中，遇到了一些故障和问题，通过分析电路连接和控制信号，成功排除故障，保证了数据传输的准确性。通过本次实验，我更加熟悉了计算机的数据通路操作原理，掌握了数字逻辑电路中故障排除的方法，提高了分析和解决问题的能力。实验结果表明，我们能够正确地在通用寄存器和RAM之间进行数据传输，并能够准确地读出和写入数据，达到了实验的预期目标。
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