实验三数据通路实验

运算器的核心部件是加法器，加减乘除运算等都是通过加法器进行的，因此，加快运算器的速度实质上是要加快加法器的速度。机器字长n位，意味着能完成两个n位数的各种运算。就应该由n个全加器构成n位并行加法器来实现。通过本实验可以让学生对运算器有一个比较深刻的了解。
一、实验目的
1．掌握简单运算器的数据传输方式。
3、P0K、P1K、P2K都置成系统方式；
4、信号连接线必须一一对应连接好。即在实验机左上方的信号接口与实验机右下方的信号接口分别一一对应连接。
左上方右下方
地址指针―――――――――――地址指针
地址总线―――――――――――地址总线〔在实验机右侧中部〕
数据总线―――――――――――数据总线〔在实验机右侧中部〕
运算暂存器DR1―――――――――运算暂存器DR1
运算暂存器DR2―――――――――运算暂存器DR2
微地址―――――――――――――微地址
检查完毕可以通电；
注意事项：
1、电脑屏幕上所有的按钮与实验机上的按钮完全对应。
2、在做实验时，要保证总线不发生冲突。即对总线操作时只有一个操作状态有效。
3、运算器、存储器、数据通路，三个实验按操作步骤操作即可
实验前把TJ，DP对应的逻辑开关置成11状态〔高电平输出〕，并预置以下逻辑电平状态：/ALU－BUS＝1，/PC－BUS＝1，R0－BUS＝1，R1－BUS＝1，R2－BUS＝1时序发生器处于单拍输出状态，实验是在单步状态下进行DR1，DR2的数据写入及运算，以便能清楚地看见每一步的运算过程。
实验步骤按表1进行。实验时，对表中的逻辑开关进行操作置1或清0，在对DR1，DR2存数据时，按单次脉冲P0〔产生单拍T4信号〕。表1中带X的为随机状态，无论是高电平还是低电平，它都不影响运算器的运算操作。总线D7－D0上接电平指示灯，显示参与运算的数据结果。简单运算器的数据传送通路。

实验三数据通路组成实验一实验目的1.进一步熟悉计算机的数据通路2.将双端口通用寄存器堆和双端口存储器模块连接,构成新的数据通路3.掌握数字逻辑电路中的一般规律,以及排除故障的一般原则和方法4.锻炼分析问题和解决问题的能力,在出现故障的情况下,独立分析故障现象,并排除故障.二实验电路数据通路实验电路图如图所示。

它是将双端口存储器模块和双端口通用寄存器堆模块连接在一起形成的。

存储器的指令端口(右端口)不参与本次实验。

通用寄存器堆连接运算器模块，本次实验涉及其中的DRl。

由于双端口存储器是三态输出，因而可以直接连接到DBUS上。

此外，DBUS还连接着通用寄存器堆。

这样，写入存储器的数据由通用寄存器提供，从RAM中读出的数据也可以放到通用寄存器堆中保存。

本实验的各模块在以前的实验中都已介绍，请参阅前面相关章节。

注意实验中的控制信号与模拟它们的二进制开关的连接。

三、实验设备1． TEC-5计算机组成原理实验系统1台2．逻辑测试笔一支(在TEC-5实验台上)3．双踪示波器一台(公用)4．万用表一只(公用)四、实验任务1.将实验电路与控制台的有关信号进行连接。

2.用8位数据开关SW7-SW0向RF中的四个通用寄存器分别置入以下数据:R0=OFH,R1=0F0H,R2=55H,R3=0AAH.3.用8位数据开关向AR送入地址0FH,然后将R0中的数据0FH写入双端口存储器中.用同样的方法,依次将R1,R2,R3中的数据分别置入RAM的0F0H,55H,0AAH单元.4.分别将RAM的0AAH单元数据写入R0,55H单元数据写入R1,0F0H单元数据写入R2,0FH单元数据写入R3.然后将R0-R3中的数据读出,验证数据的正确性,并记录数据.五、实验要求1．做好实验预习，掌握实验电路的数据通路特点和通用寄存器堆的功能特性和使用方法。

2．写出实验报告，内容是：（1）实验目的。

（2）写出详细的实验步骤、记录实验数据及校验结果。

实验三数据通路实验一、实验目的1、通过实验进一步熟悉运算器与存储器之间的数据通路的组成结构。

2、通过实验理解顺序节拍发生器的应用和设计方法。

3、通过实验理解系统总线的设计方法。

二、实验步骤1、打开已有的实验工程目录：“DATAPATH”。

通过双击目录中的Quartus II工程文件“DATAPATH.qpf”，利用Quartus II软件打开已经建好的实验工程。

图1打开Quartus II工程2、打开工程后，Quartus II软件的界面如图2所示。

在软件窗口的左边区域的“Project Navigator”列表栏中，选择“files”选项卡，我们可以看到列表栏中列出了这个工程中的设计文件。

本工程的设计文件说明在表1中列举出来。

表1工程设计文件说明表设计文件说明对应组件文件ALU.vhd VHDL设计文件，设计一个四位ALU ALU.bsfMEM.vhd VHDL设计文件，设计一个16*4的ROM存储器用来模拟主存MEM.bsfREG.vhd VHDL设计文件，设计一个带锁存和清零功能的四位寄存器REG.bsf PULSEGEN.vhd VHDL设计文件，设计一个顺序节拍发生器PULSEGEN.bsf DATAPATH.bdf数据通路设计文件其中，设计文件“DATAPATH.bdf”完成了基本功能，实验者首先对其进行验证，需要由实验者在原有设计基础上添加合理设计，完成数据通路时序控制的设计。

图2工程界面图3、如图3上所示，“数据通路”构建在DATAPATH.bdf的设计文件中，除去几个寄存器的脉冲信号，其它模块已经实现连接。

图3数据通路设计图数据通路是数据信号在各个寄存器和存储器之间的传输过程。

这里的设计文件模拟了最简单的数据通路模型。

图3中的“MEM”单元是一个用VHDL语言设计的16*4存储器，为了实验的简便，这里将它设计为ROM，而且从地址0000~1111依次存储的数据也是0~15（比如：地址为0011的存储单元存储的数据也是3）。

数据通路实验预习报告1数据通路中运算器与存储器协调工作原理是什么？各个数据经过总线连接传输到运算器及存储器，并将运算结果通过数据通路传递到存储器，期间通过每个存储器及运算器的bus输出控制进行协调工作，使得数据不会在总线上冲突。

2、数据及地址在数据通路上传输方法。

通过不同数据控制信号进行传送。

地址信号及数据信号存储地方不同而且控制信号要求不同，通过这样的方法使得总线上数据不会冲突从而达到地址和数据在数据通路上的传输。

3、数据通路中需要注意各种控制信号的作用和设定值，否则不能仿真出正确的波形。

思考题：1、电路的初始状态怎么设置？有几个器件能够发送数据到总线，它们的控制信号是什么？（1）、令bus_sel全部为1，即令输出到总线的所有控制信号无效。

同时运算模块m|cn|s3|s2|s1|s0为000000，lddr信号都为无效，k输入数据为0。

（2）、能够发送数据到总线的器件为PC，R4，R5，，74244，ALU运算单元，RAM存储器单元。

其控制信号分别为PC_BUS，LDDR4，LDDR5，ALU_BUS，RD，WE。

2、画数据通路电路图时，如何连结单一总线？只需将标号标志为相同引脚即可实验数据在总线上的传送。

得到单一总线连接的数据通路电路图3、如何统一两个模块的总线数据输入端k[7..0]及inputd[7..0]？Inputd[7..0]可以不使用，直接将运算模块数据连入到存储器模块的双向输入输出部分，即可将数据送入到存储模块。

实验日志10月5日问题：RAM模块sw_bus为什么没有连接输入端?解决：发现RAM模块的sw_bus是控制inptud输出的信号线，不进行连接一样可以进行总线数据上的传送，其信号线不影响实验结果。

10月9日问题：为何资料上的波形图中ar地址显示与pc地址显示相差一个时间差？解决：通过分析数据通路的电路，发现pc的数据在更新时其之前的地址值已经传送到ar中，因此ar所得到的地址并非pc当时得到的。