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[合著] 数据通路组成实验

[ 2007-06-25 17:15:25 ]
　　引言/提要：与白中英老师等合著，《计算机组成原理题解、题库与实验》第三版，科学出版社，2000年。

　　关键词：计算机组成原理，实验仪，实验教材

一、实验目的
　　（１）将双端口通用寄存器组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９．１４示出了数据通路实验电路图，它是将前面进行的双端口存储器实验模块和一个双端口通用寄存器组模块连接在一起形成的，存储器的指令端口不参与本次实验，通用寄存器组连接运算器模块，本实验涉及其中的操作数寄存器ＤＲ２。
　　由于ＲＡＭ是三态门输出，因而可以将ＲＡＭ连接到数据总线ＢＵＳ上。此外，ＢＵＳ上还连接着双端口通用寄存器组。这样，写入ＲＡＭ的数据可由通用寄存器提供，而从ＲＡＭ读出的数据也可送到通用寄存器保存。
　　ＲＡＭ和ＤＲ２在前面的实验中使用过。对于通用寄存器组ＲＦ，它由一个在系统可编程（In System Programable）芯片ｉｓｐＬＳＩ　１０１６固化了通用寄存器组的功能而成，其功能与双端口寄存器组ＭＣ１４５８０相类似，内含四个８位的通用寄存器，带有一个输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。输入端口取名为ＷＲ端口，连接一个８位的缓冲寄存器ＥＲ（已集成在ｉｓｐＬＳＩ　１０１６芯片中），输出端口取名为ＲＳ端口、ＲＤ端口，分别连接运算器模块的两个操作数寄存器ＤＲ１、ＤＲ２，其中，连接ＤＲ１的ＲＳ端口还可通过一个８位的三态门ＲＳＯ直接向ＢＵＳ输出。
　　双端口通用寄存器组模块的控制信号中，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，上述选择信号在Ｔ１脉冲的上升沿到来时生效。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，ＷＲＤ＝１时，在Ｔ２上升沿的时刻，从ＥＲ写入数据；ＷＲＤ＝０时，ＥＲ中的数据不写入通用寄存器中。ＬＤＥＲ信号控制ＥＲ从ＢＵＳ写入数据，ＲＳ－ＢＵＳ信号则控制ＲＳ端口到ＢＵＳ的输出三态门。以上控制信号各自连接一个二进制开关。

三、实验设备
　　（１）ＪＹＳ－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）将实验电路与操作面板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（十六进制）：Ｒ０＝０Ｆ，Ｒ１＝Ｆ０，Ｒ２＝５５，Ｒ３＝ＡＡ。
　　给Ｒ０置入０Ｆ的步骤是：先用８位数码开关将０Ｆ置入ＥＲ，并且选择ＷＲ１＝ＷＲ０＝０，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寄存器和ＢＵＳ上，观察其数据是否存入Ｒ０至Ｒ３中的数据，并记录数据。其中ＢＵＳ上的数据可直接用指示灯显示，ＤＲ２中的数据可用逻辑笔测试有关引脚。
　　（４）用８位数码开关向ＡＲ１送入一个地址０Ｆ，然后将Ｒ０中的０Ｆ写入ＲＡＭ。
　　用同样的方法，依次将Ｒ１至Ｒ３中的数据写入ＲＡＭ中的Ｆ０、５５、ＡＡ单元。
　　（５）分别将ＲＡＭ中ＡＡ单元的数据写入Ｒ０，５５单元的数据写入Ｒ１，Ｆ０单元写入Ｒ２，０Ｆ单元写入Ｒ３。然后将Ｒ３、Ｒ２、Ｒ１、Ｒ０中的数据读出到ＢＵＳ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。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？
　　（７）在数据传送过程中，发现了什么故障？如何克服的？

五、实验要求
　　（１）做好实验预习和准备工作，掌握实验电路的数据通路特点和通用寄存器组的功能特性。
　　（２）写出实验报告，内容为
　　　１．实验目的；
　　　２．如碰到故障，记录故障现象，排除故障的分析思路，故障定位及故障的性质；
　　　３．实验数据记录；
　　　４．值得讨论的其他问题。