数据通路实验报告.docx
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数据通路实验报告
数据通路实验报告
一.实验概述。
1.数据通路的设计原则。
数据通路的设计直接影响到控制器的设计,同时也影响到数字系统的速度指标和成本。
一般来说,处理速度快的数字系统,其中独立传递信息的通路较多。
当然,独立数据传送通路的数量增加势必提高控制器设计复杂度。
因此,在满足速度指标的前提下,为使数字系统结构尽量简单,一般小型系统中多采用单一总线结构。
在较大系统中可采用双总线结构或者三线结构。
2.数据通路的结构。
1算术逻辑单元ALU:
有S3,S2,S1,S0,M,CN等6个控制端,用于选择运算类型。
2暂存器A和B:
保存通用寄存器组读出的数据或BUS上来的数据。
3通用寄存器组R:
暂时保存运算器单元ALU算出的结果。
4寄存器C:
保存ALU运算产生的进位信号。
5RAM随机读写存储器:
受读/写操作以及时钟信号等控制。
6MAR:
RAM的专用地址寄存器,寄存器的长度决定RAM的容量。
7IR:
专用寄存器,可存放由RAM读出的一个特殊数据。
8控制器:
用来产生数据通路中的所有控制信号,它们与各个子系统上的使能控制信号一一对应。
9BUS:
单一数据总线,通过三态门与有关子系统进行连接。
二.实验设计及其仿真检测。
一,运算器。
8位运算器VHDL
波形仿真
二,存储器。
顶层设计:
其中sw_pc_ar的VHDL语言描述:
波形仿真
三,原仿真实验电路。
仿真结果:
四,修改电路。
因为此次实验结果需要下载到FPGA板中进行操作及观察,而原始电路中,需要输入的变量数量过多,导致电板中的输入按键不够用,所以需要对电路进行修改。
此时我们引入一个计数器PC来代替需要手动输入的指令alu_sel[5..0]以及数据d[7...0]。
同时还需要引入
数码管的位选信号译码器choose和段选信号译码器xianshi。
计数器PC的VHDL语言描述
位选信号译码器choose的VHDL语言描述
段选信号译码器的VHDL语言描述
经过修改和完善以后的电路图为
完善后的电路的引脚分配情况
三.实验过程。
a)进行数学运算以及将运算结果储存在某个固定的内存地址处。
然后从该地址处读出结果
i.打开pc_sel[2],重置地址计数器。
ii.打开总线开关bus_sel[0],和PC_sel[2],pc_sel[1],pc_sel[0],让地址计数器开始计数,跳变到某个地址x时关闭。
iii.打开总线开关BUS_SEL[4],打开暂存器r1的开关ld_reg[4],然后打开计数器开关en计数器开始计数,当计数到需要的数字a时,关闭计数器开关en,此时数字a存入暂存器r1,关闭暂存器的开关ld_reg[4],后再关闭总线开关BUS_SEL[4],然后再打开计数器的清零开关clr再关闭。
iv.同理第iii步,在暂存器r2中存入数据b。
v.打开总线开关bus_sel[0].地址计数器开关ld_reg[0]和pc_sel[2],pc_sel[1],pc_sel[0]选择存储地址
vi.打开运算器到总线的开关bus_sel[1],打开计数器en计数开关en当计数器跳变到加法指令011001时,关闭计数开关en,然后代开rom的地址开关pc_sel[2],以及可写开关we_rd[1]。
将从运算器中计算出来的运算结果a+b存储到ram中的x地址中,关闭可写开关we_rd[1],关闭pc_sel[2]和总线开关,最后将计数器清零。
vii.打开ram的可读开关,读取x地址处的数据a+b。
四.实验现象。
输入数据a
输入数据b
进行运算并将运算结果写入内存
从内存中读取计算结果
五.实验心得。
第一次在电板上进行这么多的操作。
操作过程虽然很多,但只要理解操作过程,明白各个按键所设置的引脚作用,实验其实并不难,重点在于要理解过程,明白数据的输入,存入寄存器,运算以及往内存中进行存取值的操作,那么数据通路的按键很容易记住。
在实验过程中还是存在很多问题的,尤其的刚开始做实验的时候,不理解数据通路实验过程中各个门的输入的意义和顺序,但真正懂得的时候,实验就变得简单了。
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