计算机组成原理-数据通路实验

### 计算机组成原理-数据通路实验 #### 实验背景与目标 本实验针对的是计算机组成原理课程中的一个重要组成部分——数据通路的设计与分析。数据通路是计算机内部处理数据的关键路径，它决定了数据如何在不同的组件之间传输以及进行处理。通过对数据通路的深入理解，学生能够更好地掌握计算机的工作原理及其设计方法。 #### 实验目的 1. **构建数据通路模型**：将寄存器堆和双端口存储器模块连接起来，构建一个完整的数据通路。 2. **了解TEC-8模型机特点**：熟悉TEC-8模型机的数据通路结构和特点。 3. **掌握控制信号作用**：理解并掌握数据通路中各个控制信号的功能及其使用方法。 4. **学习数据流动路径**：掌握数据在数据通路中流动的具体路径。 5. **故障诊断能力**：了解数字逻辑电路中常见的故障模式，并学会故障排查的基本原则和方法。 6. **加深对TEC-8模型机的理解**：进一步熟悉TEC-8模型计算机的数据通路结构。 7. **强化控制信号运用**：更深入地掌握数据通路中各个控制信号的应用技巧。 #### 实验电路与原理 数据通路实验电路主要包括双端口存储器模块、算术逻辑运算模块和通用寄存器堆模块。这些模块通过特定的方式连接起来，形成一个完整的数据通路。 - **双端口存储器IDT7132RAM**：三态输出特性允许其直接连接到数据总线DBUS上，实现与寄存器堆之间的数据交换。 - **通用寄存器堆**：负责存储数据和中间计算结果。 - **算术逻辑单元（ALU）**：根据不同的控制信号执行加法、减法等算术运算或逻辑运算，并将结果输出至数据总线。 #### ALU工作原理简述 - **数据选择**：通过RD1、RD0、RS1、RS0等控制信号选择需要参与运算的寄存器。 - **运算类型**：M、S3、S2、S1、S0等控制信号决定了ALU进行的运算类型，如加法、减法、与运算等。 - **数据输出**：运算结果通过ABUS控制信号决定是否输出至数据总线DBUS，并在T3的上升沿被写入指定的寄存器中。 #### 数据通路的操作方式 1. **数据运算操作**：两个寄存器的数据通过ALU进行算术或逻辑运算，结果输出到数据总线DBUS。 2. **寄存器间数据传送**：一个寄存器的数据通过ALU直接传送到另一个寄存器。 3. **从存储器取数**：存储器中的数据被读出并通过MBUS送到数据总线DBUS。 4. **写存储器操作**：数据总线上的数据通过左端口写入指定的存储器单元。 5. **读指令操作**：存储器中的指令内容被读出并通过MBUS送入指令寄存器IR。 #### 实验步骤详解 1. **接线**： - 正确连接信号实验平台上的电平开关K15-K0，确保S0、S2接GND。 2. **写寄存器堆RF**： - 设置控制转换开关到“独立”模式，DP=1、SWC=1、SWB=1、SWA=1。 - 复位按键CLR，使TEC-8实验系统回到初始状态。 - **写寄存器R0=75H**：在数据开关SD7-SD0设置75H，按QD按钮将数据写入R0。 - **写寄存器R1=28H**：在数据开关SD7-SD0设置28H，按QD按钮将数据写入R1。 通过本次实验，不仅能够帮助学生深入了解数据通路的工作原理，还能提升他们解决实际问题的能力，为后续的学习打下坚实的基础。