实验三  数据通路组成实验

班号：                                          姓名：              

学号：                                          完成时间：

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。

图3.1 数据通路实验电路图

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。

三、实验接线

四、实验内容

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=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。给其它通用寄存器置入数据的步骤与此类似。

3.分别将RO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。

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=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（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、实验过程

六、实验结果

七、问题解决

八、收获体会

第二篇：计算机组成原理运算器的实现实验报告

信息与管理科学学院计算机科学与技术

实验报告

课程名称：              计算机组成原理                                               

实验名称：                运算器实验                                           

姓    名：                  

班    级：                   

指导教师：                    

学    号：             

实 验 室： 组成原理实验室               

日    期：   20##-11-16             

一、实验目的

    1．掌握运算器的组成及工作原理；

 2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；

 3．验证带进位控制的74LS181的功能。

二、实验环境

 EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。

三、实验内容

     验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。

四、实验操作过程

Ⅰ、单片机键盘操作方式实验

 注：在进行单片机键盘控制实验时，必须把开关K4置于“OFF”状态，否则系统处于自锁状态，无法进行实验。

1、实验连线（键盘实验）：

实验连线如图1－6所示。

（连线时应按如下方法：对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。注意：F4只用一个排线插头孔）

 

2、实验过程：

拨动清零开关CLR，使其指示灯灭。再拨动CLR，使其指示灯亮。

在监控滚动显示【CLASS SELECt】时按【实验选择】键，显示【ES--_ _ 】输入01或1，按【确认】键，监控显示为【ES01】，表示准备进入实验一程序，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。

再按【确认】键，进入实验一程序，监控显示【InSt--】，提示输入运算指令，输入两位十六进制数（参考表1－3和表1－1），选择执行哪种运算操作，按【确认】键。

监控显示【Lo=0】,此处Lo相当于表1－1中的M，默认为“0”，进行算术运算，也可以输入“1”，进行逻辑运算。按【确认】，显示【Cn=0】,默认为“0”，由表1－1可见，此时进行带进位运算，也可输入“1”，不带进位运算（注：如前面选择为逻辑运算，则Cn不起作用）。按【确认】，显示【Ar=1】，使用默认值“1”，关闭进位输出。也可输入“0”，打开进位输出，按【确认】。

监控显示【DATA】，提示输入第一个数据，输入十六进制数【1234H】，按【确认】，显示【DATA】，提示输入第二个数据，输入十六进制数【5678H】，按【确认】键，监控显示【FINISH】，表示运算结束，可从数据总线显示灯观察运算结果，CY指示灯显示进位输出的结果。按【确认】后监控显示【ES01】，可执行下一运算操作。

                        表1-3 运算指令关系对照表

    在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入表中，并和理论值进行比较和验证：

 

Ⅱ、开关控制操作方式实验

注：为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的ALU-G和C-G拨到输出高电平“1”状态(所对应的指示灯亮。)本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平“0”。

    1、按图1－7接线图接线：

连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。

  

 

                                                                                   

                                           

    图1－7  实验一 开关实验 接线图 

2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数：

注意：本实验中ALU-G和C-G不能同时为0，否则造成总线冲突，损坏芯片！故每次实验时应时刻保持只有一路与总线相通。

1）拨动清零开关CLR，使其指示灯。再拨动CLR，使其指示灯亮。置ALU-G＝1：关闭ALU的三态门；再置C-G=0：打开数据输入电路的三态门；

2） 向数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）中置数：

（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值；

（2）置LDR1＝1：使数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置          LDR2＝0：使 数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信号无效；

（3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。

 3）向数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）中置数：

（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值；

（2）置LDR1＝0：数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2＝1：使数据暂存器LT2的控制信号有效。

（3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。

 （4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。

      4 ）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确：

（1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU的三态门 ；

（2）置“S3S2S1S0M”为“11111”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器LT1置数正确；

 （3）置“S3S2S1S0M”为“10101”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。   

3、验证74LS181的算术和逻辑功能:

按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“1234H”和“5678H”，在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值F，填入上表中，参考表1－1的功能表，分析输出F值是否正确。分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。

五、实验结果及结论

     实验结果如图所示：

结论：1、掌握了运算器的组成及工作原理；

      2、了解了4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉了运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；

六、心得体会 

     通过本次试验我掌握运算器的组成及工作原理，了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程。加强了对课本教材的理解，增加了自己的动手实践能力，通过与我的队友的通力合作，我更深刻的体会到了团队力量的重要性。

七、指导教师评议

成绩：                                           （百分制）    

指导教师签名：