數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)

1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)學(xué)生院系：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)0907班 學(xué)生姓名： 劉珂男 學(xué)生學(xué)號(hào)：U200915075 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、由運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)與存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，掌握組成計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通路，熟悉地址和數(shù)據(jù)在道路上的傳輸。2、要求運(yùn)算結(jié)果能夠回寫到存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)并讀出顯示。3、了解怎樣將運(yùn)算器和存儲(chǔ)器兩個(gè)模塊連接起來。4、地址設(shè)計(jì)為4位，數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為8位。 5、能夠?qū)\(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行一位或多位移位處理，并再次參加運(yùn)算二實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器件JZYL型計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀一臺(tái)；芯片：74LSl81：運(yùn)算器芯片2片74LS373：八D鎖存器34片74LS244：數(shù)據(jù)開關(guān)2片74LSl61： 同步

2、4位計(jì)數(shù)器1片6116存儲(chǔ)器或2114存儲(chǔ)器12片三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)自己設(shè)計(jì)一個(gè)電路和利用實(shí)驗(yàn)參考電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)要求先將多個(gè)運(yùn)算數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中，再由地址選中，選擇不同的運(yùn)算指令，進(jìn)行運(yùn)算，并將結(jié)果顯示，還可以進(jìn)行連續(xù)運(yùn)算和移位，最后將最終結(jié)果回寫入存儲(chǔ)器中。復(fù)習(xí)前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)電路中各個(gè)信號(hào)的含義和作用，重點(diǎn)是運(yùn)算與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)通路。四實(shí)驗(yàn)電路1.自己設(shè)計(jì)電路：可以自由設(shè)計(jì)，位數(shù)任意。2.給出的參考電路：(按8位設(shè)計(jì))數(shù)據(jù)通路參考電路分別如圖3.13和3.15所示。五實(shí)驗(yàn)要求及步驟1、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備1)復(fù)習(xí)有關(guān)運(yùn)算器和存儲(chǔ)器的內(nèi)容：復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理中有關(guān)數(shù)據(jù)通路的章節(jié)內(nèi)容。對(duì)數(shù)據(jù)通路的構(gòu)成、

3、數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)通路中的流動(dòng)及控制方法有基本的了解。2)熟悉電路中各部分的關(guān)系及信號(hào)間的邏輯關(guān)系3)參考芯片手冊(cè)，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，畫出芯片間管腳的連線圖，標(biāo)上引腳號(hào)，節(jié)省實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。4)對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行檢查，重點(diǎn)是檢查能否控制數(shù)據(jù)在電路中不同部件之間的傳輸。2、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)可按照自己設(shè)計(jì)的電路或參考電路按照搭積木的方式進(jìn)行。先完成運(yùn)算器的數(shù)據(jù)通路部分，在運(yùn)算器部分能夠正確完成各類運(yùn)算的基礎(chǔ)上，再增加存儲(chǔ)器通路，并能通過帶三態(tài)控制的數(shù)據(jù)開關(guān)，存入要用的初始數(shù)據(jù)。最終的結(jié)果能夠在指示燈上顯示，并再回寫入存儲(chǔ)器中。再通過地址計(jì)數(shù)器，選擇結(jié)果地址輸出。3、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?) 各模塊的設(shè)計(jì)電

4、路和系統(tǒng)的整體電路,多設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析與說明 ；3) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄與分析：給出某個(gè)地址對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)及結(jié)果(列表顯示)；4) 畫出實(shí)驗(yàn)電路，并標(biāo)上引腳號(hào)；5) 列出操作步驟及順序；標(biāo)出重要的開關(guān)控制端；6) 實(shí)驗(yàn)收獲和體會(huì)；7) 實(shí)驗(yàn)中碰到的問題和解決的方法。關(guān)于實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)說明：1)圖3.13所示電路中，由于395寄存器接在74181的B操作數(shù)上，故不能做連續(xù)運(yùn)算 （A加B）減C乘2 ，只有累加器AC接在74181芯片的A操作數(shù)上，才能進(jìn)行累加運(yùn)算。2)對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理CPU的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)通路設(shè)計(jì)是否合理將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及微指令的設(shè)計(jì)，為便于課程設(shè)計(jì)中整機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)也便于指令和

5、微指令的設(shè)計(jì)，給出了兩套“數(shù)據(jù)通路”參考方案，分別如圖3.13和圖3.15所示。請(qǐng)同學(xué)們自己比較分析圖3.13和3.15所示兩套數(shù)據(jù)通路方案的特點(diǎn)。六、完成情況實(shí)驗(yàn)人員：本人和搭檔陳克；試驗(yàn)時(shí)間：為周三的上午這一次；完成內(nèi)容：為實(shí)驗(yàn)1、2、4三個(gè)部分，3未做。七、實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果分析1、實(shí)驗(yàn)電路接線圖如下所示指示燈 1 11 19 16 15 12 9 6 5 2373芯片 18 17 14 13 8 7 4 3 18 17 14 13 8 7 4 3373芯片 1 11 19 16 15 12 9 6 5 2 開關(guān)3 4 5 6 8 16 7 13 11 10 9 181芯片19 21 23

6、2 18 20 22 1 3 4 5 6 8 16 7 13 11 10 9 181芯片19 21 23 2 18 20 22 1 17 15 13 11 8 6 4 2 244芯片19 1 3 5 7 9 12 14 16 18 19 1 3 5 7 9 12 14 16 18 244芯片 17 15 13 11 8 6 4 2 21 18 17 16 15 14 13 11 10 9 6116芯片1 2 3 4 5 6 7 8 開關(guān)控制端 161計(jì)數(shù)器Cp114 13 12 11以上即為完整的芯片連接電路。2、存儲(chǔ)510個(gè)數(shù)據(jù)將0到15依次存入地址015中，存儲(chǔ)時(shí)，將6116先置為讀，37

7、3芯片的使能開關(guān)全部關(guān)閉。用數(shù)據(jù)開關(guān)輸入數(shù)據(jù)，然后用cp脈沖和計(jì)數(shù)器依次選擇地址，存儲(chǔ)時(shí)將6116改為寫狀態(tài)寫完后再置為讀，依次操作，直至將16個(gè)數(shù)全部完成寫入，寫完后將與數(shù)據(jù)開關(guān)的244芯片打到高阻狀態(tài)，以免發(fā)生信號(hào)沖撞。檢驗(yàn)輸入的數(shù)據(jù)是否正確存儲(chǔ)時(shí)，只需用CP脈沖依次讀取地址即可檢驗(yàn)。2、 實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算利用之前存儲(chǔ)的地址進(jìn)行計(jì)算，首先把與181輸入端相連的373使能開關(guān)關(guān)閉，打開與181輸出開關(guān)相連的使能開關(guān)，用cp讀取第一個(gè)操作數(shù)，傳送給B，然后用指令操作，是輸出的F等于B，然后將與181輸出相連的373芯片使能端關(guān)閉，打開與181芯片輸入相連的373芯片的使能開關(guān)，將輸入寫入A中進(jìn)行保

8、存，再關(guān)閉其使能端。然后再讀第二個(gè)操作數(shù)進(jìn)入B中，用開關(guān)S0S3和M,及Cn選擇進(jìn)行的操作，打開與181輸出相連的373芯片的使能端，得到F，再用同樣的方法寫入A中，即用A來保存之前的操作結(jié)果，B來獲取新的操作數(shù)。如計(jì)算下列表達(dá)式：(9+5) 異或5-4同或10首次，將控制cp將地址調(diào)為1001，將其傳給B，然后將M打到1，開關(guān)依次為1010，使得F=B，然后將其存入A中；然后將0101寫入B中，將M打到0，Cn打到1，開關(guān)依次為1001，實(shí)現(xiàn)加法操作，輸入F為1110，并將其寫入A中保存；之后將0101讀入B中，M打到0，開關(guān)依次為0110，實(shí)現(xiàn)異或功能，得到為1011，寫入A中保存，然后將

9、0100寫入B中，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)減法，而操作只有A-B-1，所以開關(guān)Cn打到0來補(bǔ)1，M打到0，做減法，得到F為0111，將其寫入A中保存；然后將1010寫入B中，M置為1，開關(guān)依次為1001實(shí)現(xiàn)同或功能，得到F為11110010，檢驗(yàn)可知以上結(jié)果均正確。3、 實(shí)現(xiàn)移位功能未實(shí)現(xiàn)4、 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回寫為實(shí)現(xiàn)回寫功能僅需再與輸出端相連的373和6116之間加入一片244芯片，當(dāng)需要進(jìn)行回寫時(shí)將其不置于高阻，并將6116置于寫狀態(tài)即可，一般情況下為了避免數(shù)據(jù)沖撞要將該244的高阻開關(guān)置于高阻臺(tái)。然后用CP控制地址即可進(jìn)行檢驗(yàn)結(jié)果正確與否。八、實(shí)驗(yàn)體會(huì)這是最本學(xué)期后一次組成原理實(shí)驗(yàn)，時(shí)間安排的有點(diǎn)緊，但是

10、同時(shí)難度也是相對(duì)降低了，這次的數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)也就是第一次的運(yùn)算電路和第二次的存儲(chǔ)器的整合，并且老師給出了基本的連線電路，也做出了一些解釋聲明，因此我們完成的也算是比較順利的。首先完成存儲(chǔ)部分，按老師的要求，利用脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行了檢驗(yàn)，確定沒問題后存儲(chǔ)了部分?jǐn)?shù)據(jù)；再接著連運(yùn)算部分和控制讀寫部分，因?yàn)橛辛饲皟纱蔚慕?jīng)驗(yàn)，連線相對(duì)也是很順利的，當(dāng)基本電路連好后發(fā)現(xiàn)了一個(gè)比較郁悶的問題，無法實(shí)現(xiàn)鎖存，即使將373的使能開關(guān)全部關(guān)閉，只要改變地址，讀取不同的數(shù)據(jù)，信號(hào)燈還是會(huì)發(fā)生變化，為了解決這個(gè)問題，我和搭檔開始了對(duì)電路的檢測(cè)，確定了芯片沒問題，連線也沒有發(fā)生錯(cuò)誤的情況后，于是開始調(diào)整開關(guān)，在更換開關(guān)后發(fā)現(xiàn)問題消失了，果然，開關(guān)接觸不良之后也沒有發(fā)生類似的問題了，并且很順利額完成了試驗(yàn)的1、2部分。因?yàn)榭紤]到試驗(yàn)時(shí)間和第三部分的意義不大大，我們直接跳轉(zhuǎn)到第4部分，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回寫，就在6116與數(shù)據(jù)燈之間利用加入一個(gè)244芯片來實(shí)現(xiàn)回寫，且為了不引起數(shù)據(jù)沖突，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，該244打到高阻。當(dāng)回寫數(shù)據(jù)時(shí)打開并且另一244芯片置于高阻狀態(tài)。這樣，回寫的功能也