数据通路组成实验（将双端口通用寄存器堆和双端口存储器模块联机、熟悉计算机的数据通路）

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；

实验电路原理图

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)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已做过介绍， DR2在实验中使用过。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、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（ＷＲ端口，连接一个８位的暂存寄存器（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ＷＲ端口，连接一个８位的暂存寄存器（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RSO(RF)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，在时，在T2上升沿时刻，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，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，是一个低有效信号。以上控制信号各自连接一个二进制开关K0—K15。

实验设备

TEC－４计算机组成原理模拟实验台

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以下数据：R0＝0F)H，R1＝0F)0H，R2＝55H，R3＝0AAH。给R0置入0F)H的步骤是：先用８位数码开关SW0—SW7置0F)H，并且选择WR1＝0、WR0 = 0、WRD= 1，按一次QD按钮，将0F)H置入ER，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。
（2）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。
（3）用８位数码开关SW0—SW7向AR1送入一个地址0F)H，然后将R0中的0F)H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0F)0H、55H、0AAH单元。
（4）分别将RAM中0AAH单元的数据写入R0，55H单元的数据写入R1，0F)0H单元写入R2，0F)H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。
（5）进行RF)并行输入输出试验。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时，在，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。

实验内容和结果

将实验电路与控制台的有关信号进行线路连接

1.填表

2.置开关DB = 0，DZ = 0，DP = 1，使实验系统处于单拍状态。

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

首先令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 (WRO) = 0, K13 (WR1) = 0, K14 (WRD) = 0.

将数据0FH置入通用寄存器R0中

（1）置开关SW7—SW0为00001111B，然后将0FH置入ER。
令KO (SW_BUS#)=0, K7 (LDER)=1。置SW7—SWO为OFH，按一次QD按钮，将OFH写入暂存寄存器ER。

（2）设置控制信号线电平，并填表（没用到的控制信号线电平打×）。
令K7（LDER)=0, K14 (WRD)= 1, K12 (WRO)=0，K13 (WR1)=0，按一次QD按钮，将OFH（在ER中）写入RO寄存器。


（3）按QD,将数据0FH置入RF,然后数据0FH置入通用寄存器R0中。

将数据F0H置入通用寄存器R1中

（1）置开关SW7—SW0为 11110000 B，然后将F0H置入ER。
令KO (SW_BUS#)=0, K7 (LDER)=1。置SW7—SWO为F0H，按一次QD按钮，将F0H写入暂存寄存器ER。

（2）设置控制信号线电平，并填表（没用到的控制信号线电平打×）。
令K7（LDER)=0, K14 (WRD)= 1, K12 (WRO)=1，K13 (WR1)=0，按一次QD按钮，将F0H（在ER中）写入R1寄存器。

（3）按QD,将数据F0H置入RF,然后数据F0H置入通用寄存器R1中。

将数据55H置入通用寄存器R2中

（1）置开关SW7—SW0为 01010101 B，然后将55H置入ER。
令KO (SW_BUS#)=0, K7 (LDER)=1。置SW7—SWO为55H，按一次QD按钮，将55H写入暂存寄存器ER。

（2）设置控制信号线电平，并填表（没用到的控制信号线电平打×）。
令K7（LDER)=0, K14 (WRD)= 1, K12 (WRO)=0，K13 (WR1)=1，按一次QD按钮，将55H（在ER中）写入R2寄存器。


（3）按QD,将数据 55 H置入RF,然后数据 55 H置入通用寄存器R2中。

将数据AAH置入通用寄存器R3中

（1）置开关SW7—SW0为 10101010 B，然后将AAH置入ER。
令KO (SW_BUS#)=0, K7 (LDER)=1。置SW7—SWO为AAH，按一次QD按钮，将AAH写入暂存寄存器ER。


（2）设置控制信号线电平，并填表（没用到的控制信号线电平打×）。
令K7（LDER)=0, K14 (WRD)= 1, K12 (WRO)=1，K13 (WR1)=1，按一次QD按钮，将AAH（在ER中）写入R3寄存器。


（3）按QD,将数据 AA H置入RF,然后数据 AA H置入通用寄存器R3中。

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

将R0至R3中的数据同时读入到DR2寄存器中和DBUS上

1.令KO (SW_BUS#) = 1, K2 (ALU_BUS) = 0, K3 (CEL#) = 1, K4 (LRW) = 1, K5 (LDAR1) = 0,
K6 (LDDR2) = 0, K7 (LDER) = 0, K10 (RDO) = 0, K11 (RD1)= 0, K12 (WRO) = 0, K13 (WR1)=0, K14 (WRD)=0。

将开关 IR/DBUS 至于 DBUS 位置。
今KI (RS_BUS#）=0，使寄存器堆中的数据送 DBUS 总线。
令K8 (RSO)=0， K9 (RS1)= 0，RO 中的数据通过B端口送到 DBUS，数据指示灯应显示 OFH。


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


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

观察其数据是否是存入R0至R3中的数据

2.令 KO (SW_BUS#) = 1, K1 (RS_BUS#) = 1,K3 (CEL#) = 1, K4 (LRW) = 1, K5 (LDAR1) = 0,
K7 (LDER) = 0, K8 (RSO)=0, K9 (RS1) = 0, K12 (WRO) = 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,SO 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，RO 中的数据通过 A端口送入 DR2，DBUS 数据指示灯应显示 OFH。

令K10 (RDO) = 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 OFOH。


会 K6 (LDDR2)=1, K10 (RDO) = 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 K1O (RDO)= 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 OAAH.

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

令 K2 (ALU_ BUS) =0, K5 (LDAR1)= 0， K6 (LDDR2)= 0， K7 (LDER)= 0， K10 (RDO)=0，K11 (RD1) = 0, K12 (WRO) = 0, K13 (WR1) = 0, K14 (WRD) = 0。

将R0中的数据写入RAM中0FH单元

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


令KO (SW_BUS#) =1, K1 (RS_BUS#）= 0，禁止数据开关 SW7—SWO 送 DBUS，允许寄存器堆送数据总线 DBUS。
令K3 (CEL#)=0， K4 (LRW) =0， K5 (LDAR1)= 0， K8 (RSO)= 0， K9(RS1）=0，按一次 QD按钮，将RO 中的数据写入存储器 0FH 单元。

将R1中的数据写入RAM中0F0H单元

置 AR1/AR2 开关到 AR1 位置。令KO (SW_BUS#)= 0, K1 (RS_BUS#)= 1， K3 (CEL#)= 1，K5 (LDAR1) =1，置SW7—SWO 为 OFOH，按一次 QD按钮，将 AR1 置为 OFOH，地址指示灯应显示 FOH。


令KO (SW_BUS#)=1， K1 (RS_BUS#）=0，禁止数据开关 SW7—SWO 送 DBUS， 允许寄存器堆送数据总线 DBUS。 令K3 (CEL#)=0, K4 (LRW) =0, K5 (LDAR1) = 0， K8 (RSO)= 1,K9 (RS1)=0，按一次QD 按钮，将R1 中的数据写入存储器 FOH 单元。

将R2中的数据写入RAM中55H单元

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

令 KO (SW_BUS#)= 1， K1 (RS_BUS#）=0，禁止数据开关 SW7—SWO 送 DBUS，允许寄存器堆送数据总线 DBUS。
令 K3 (CEL#)=0， K4 (LRW) =0, K5 (LDAR1) = 0, K8 (RS0) =0,K9 (RS1)=1，按一次 QD 按钮，将R2 中的数据写入存储器 55H单元。

将R3中的数据写入RAM中0AAH单元

置 AR1/AR2 开关到 AR1 位置。令KO (SW_BUS#)=0， K1 (RS_BUS#)= 1， K3 (CEL#) = 1,R5 (LDAR1)= 1，置 SW7—SWO 为OAAH，按一次0D 按钮，将 ARI 置为 OAAH，地址指示灯应显示 OAAH。


令KO (SW_BUS#)= 1， K1 (RS_BUS#）= 0，禁止数据开关 SW7—SWO 送 DBUS，允许寄存器堆送数据总线 DBUS。
令K3 (CEL#)=0， K4 (LRW)=0，K5 (LDAR1) = 0, K8 (RSO) = 1,k9 (RS1)=1，按一次 QD按钮，将R3 中的数据写入存储器 OAAH 单元。

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

令K1 (RS_BUS#)= 1, K2 (ALU_BUS) =0， K6 (LDDR2) =0， K8 (RSO)=0, K9 (RS1)= 0,
K10 (RDO) = 0, K11 (RD1) = 0。

将RAM中0AAH单元的数据写入R0

令 KO (SW_BUS#）=0， K5 (LDAR1) =1， K3 (CEL#)=1, K14 (WRD)=0，置 SW7—SWO 为 OAAH,
按一次 QD 按钮，将 AR1 置为 OAAH。


令 K14 (WRD)= 0, KO (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 OAAH 单元的内容读出，写入到暂存寄存器 ER。


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

将RAM中55H单元的数据写入R1

令 KO (SW_BUS#)=0， K5 (LDAR1)=1, K3 (CEL#)=1, KI4 (WRD）=0，置 SW7—SWO 为55H,按一次QD按钮，将 AR1 置为 55H。


令 K14 (WRD)=0, KO (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 (WRO)= 1, K13 (WR1)=0，按一次QD按钮，将ER 中的数据写入 R1。

将RAM中0F0H单元的数据写入R2

令KO (SW_BUS#)=0， K5 (LDAR1) =1， K3 (CEL#)=1, K14 (WRD）=0，置SW7—SWO 为 OFOH,按一次QD按钮，将 AR1 置为 OFOH。


令 K14 (WRD) =0, KO (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 OFOH 单元的内容读出，写入到暂存寄存器ER。


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

将RAM中0FH单元的数据写入R3

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


令K14 (WRD) =0, KO (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 0FH 单元的内容读出，写入到暂存寄存器ER。

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

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

令KO (SW_BUS#) = 1,K2 (ALU_BUS)= 0, K3 (CEL#) = 1, K4 (LRW) = 1, K5 (LDAR1)= 0,K6 (LDDR2) = 0, K7 (LDER) = 0, K10 (RDO) = 0,K11 (RD1) = 0, K12 (WRO) = 0, K13 (WR1)= 0 , K14 (WRD)
=0。

将开关 IR/DBUS 至于 DBUS 位置。
令K1 (RS_BUS#）=0, K8 (RSO)=0， K9 (RS1)=0，数据指示灯显示 RO 的值，应为 OAAH。

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

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

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

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

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

1.令K3 (CEL#)= 1， K4 (LRW)= 1， K5 (LDAR1)=0
将开关 IR/DBUS 至于DBUS 位置。令KO (SW_BUS#)=0， K1 (RS_BUS#)=1, K2 (ALU_BUS) =0, K6 (LDDR2)=0， K7 (LDER)= 1，K14 (WRD)=0。将SW7—SWO 置为 35H，按一次0D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 (RSO) =0， K9 (RS1)=0，RS 端口选择 RO; K10 (RDO) = 1， K11 (RD1)= 0， RD端口选择 R1; K12 (WRO)=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， RO 中的数据送数据总线 DBUS（其实，RO 中的数据并不受按 QD 按钮的影响）,数据指示灯应显示 RO 中的数据 OAAH。


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。

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(RDO) = 0, K11 (RD1) = 0.将开关 IR/DBUS 至于 DBUS 位置。令KO (SW_BUS#）=0, K1 (RS_BUS#)=1,K7 (LDER) = 1,K14(WRD)=0。将SW7—SWO 置为 53H，按一次 QD 按钮，将53H 写入暂存寄存器 ER。

令KO (SW_BUS#)=1, K1 (RS_BUS#)=0，K8 (RSO)=0，K9 (RS1) =1，RS 端口选择R2，数据指示灯显示 R2 的值，应为 35H。

令 K14 (WRD)= 1, K12 (WRO)=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从印R 写入 R2，数据指示灯立即变为 53H。