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1、 計(jì)算機(jī)組成原理 學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 院:基 礎(chǔ) 學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè):信息管理 年 級(jí): 2012 學(xué) 號(hào): 學(xué) 生 姓 名: 同組學(xué)生姓名: 實(shí)驗(yàn)課程名稱(chēng):計(jì) 算 機(jī) 組 成 原 理 實(shí) 驗(yàn) 名 稱(chēng):系統(tǒng)總線(xiàn)和具有基本輸入輸出功能的總線(xiàn)接口實(shí)驗(yàn) 指 導(dǎo) 教 師: 實(shí) 驗(yàn) 時(shí) 間: 2014.5.9 實(shí) 驗(yàn) 地 點(diǎn): 10棟218 2014年5月9日一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求主要說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的目的和具體的要求(實(shí)驗(yàn)將實(shí)現(xiàn)的功能)1.理解總線(xiàn)的概念及其特征。2.掌握控制總線(xiàn)的功能和應(yīng)用。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PC機(jī)一臺(tái),TD-CMA 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。三、 實(shí)驗(yàn)原理描述本實(shí)驗(yàn)的基本原理由于存儲(chǔ)器和輸入、輸出設(shè)備最終
2、是要掛接到外部總線(xiàn)上,所以需要外部總線(xiàn)提供數(shù)據(jù)信號(hào)、地址信號(hào)以及控制信號(hào)。在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中,外部總線(xiàn)分為數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn),分別為外設(shè)提供上述信號(hào)。外部總線(xiàn)和CPU 內(nèi)總線(xiàn)之間通過(guò)三態(tài)門(mén)連接,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外總線(xiàn)的分離和對(duì)于數(shù)據(jù)流向的控制。地址總線(xiàn)可以為外部設(shè)備提供地址信號(hào)和片選信號(hào)。由地址總線(xiàn)的高位進(jìn)行譯碼,系統(tǒng)的I/O 地址譯碼原理如圖 4-1(在地址總線(xiàn)單元)。由于使用 A6、A7 進(jìn)行譯碼,I/O 地址空間被分為四個(gè)區(qū),如表4-1 所示為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于MEM 和外設(shè)的讀寫(xiě)操作,還需要一個(gè)讀寫(xiě)控制邏輯,使得CPU 能控制MEM和I/O 設(shè)備的讀寫(xiě),實(shí)驗(yàn)中的讀寫(xiě)控制邏輯如圖4-2 所示,
3、由于T3 的參與,可以保證寫(xiě)脈寬與T3 一致,T3 由時(shí)序單元的TS3 給出(時(shí)序單元的介紹見(jiàn)附錄2)。IOM 用來(lái)選擇是對(duì)I/O 設(shè)備還是對(duì)MEM 進(jìn)行讀寫(xiě)操作,IOM=1 時(shí)對(duì) I/O 設(shè)備進(jìn)行讀寫(xiě)操作,IOM=0 時(shí)對(duì)MEM 進(jìn)行讀寫(xiě)操作。RD=1 時(shí)為讀,WR=1 時(shí)為寫(xiě)。 四、 實(shí)驗(yàn)步驟給出實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的詳細(xì)步驟,其中實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)請(qǐng)列出本實(shí)驗(yàn)所接的所有線(xiàn) 1 讀寫(xiě)控制邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。(1) 按照?qǐng)D4-4 實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖進(jìn)行連線(xiàn)。首先將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK1、KK3置為運(yùn)行檔,開(kāi)關(guān)KK2置為單拍檔,按動(dòng)CON單元的總清按鈕CLR,并執(zhí)行下述操作。對(duì)MEM進(jìn)行讀操作(WR=0,RD=1,IOM
4、=0),此時(shí)E0滅,表示存儲(chǔ)器讀功能信號(hào)有效。對(duì)MEM進(jìn) 行 寫(xiě) 操 作(WR=1,RD=0,IOM=0),連續(xù)按動(dòng)開(kāi)關(guān)ST,觀(guān) 察 擴(kuò)展單元 數(shù) 據(jù) 指示燈,指示燈顯示為T(mén)3時(shí)刻時(shí),E1滅,表示存儲(chǔ)器寫(xiě)功能信號(hào)有效。對(duì)I/O進(jìn)行讀操作(WR=0,RD=1,IOM=1),此時(shí)E2滅,表示I/O讀功能信號(hào)有效。對(duì)I/O進(jìn)行寫(xiě)操作(WR=1,RD=0,IOM=1),連續(xù)按動(dòng)開(kāi)關(guān)ST,觀(guān)察擴(kuò)展單元數(shù)據(jù)指示燈,指示燈顯示為T(mén)3時(shí)刻時(shí),E3滅,表示I/O寫(xiě)功能信號(hào)有效。2基本輸入輸出功能的總線(xiàn)接口實(shí)驗(yàn)。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出本實(shí)驗(yàn)得到的有關(guān)結(jié)果和結(jié)論,并對(duì)有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論與討論(1)根據(jù)掛在總線(xiàn)上的幾個(gè)
5、基本部件,設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的流程:輸入設(shè)備將一個(gè)數(shù)打入R0寄存器。輸入設(shè)備將另一個(gè)數(shù)打入地址寄存器。將R0寄存器中的數(shù)寫(xiě)入到當(dāng)前地址的存儲(chǔ)器中。將當(dāng)前地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)用LED數(shù)碼管顯示。(2)按照?qǐng)D4-5實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖進(jìn)行連線(xiàn)。(3)具體操作步驟圖示如下:進(jìn)入軟件界面,選 擇 菜單 命令“ 【實(shí) 驗(yàn) 】【 簡(jiǎn) 單 模 型 機(jī) 】 ”,打開(kāi)簡(jiǎn)單模型機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通路圖。 將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK1、KK3置為運(yùn)行檔,開(kāi)關(guān)K K2 置為單拍檔,CON單元所有開(kāi)關(guān)置0(由于總線(xiàn)有總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)報(bào)警功能,在操作中應(yīng)當(dāng)先關(guān)閉應(yīng)關(guān)閉的輸出開(kāi)關(guān),再打開(kāi)應(yīng)打開(kāi)的輸出開(kāi)關(guān),否則可能由于總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)),按動(dòng)CON單元
6、的總清按鈕CLR,然 后 通 過(guò) 運(yùn) 行 程 序,在數(shù)據(jù)通路圖中觀(guān)測(cè)程序的執(zhí)行過(guò)程。輸入設(shè)備將11H 打入R0 寄存器。 將IN 單元置00010001,K7 置為1,關(guān)閉R0 寄存器的輸出;K6 置為1,打開(kāi)R0 寄存器的輸入;WR、RD、IOM 分別置為 0、1、1,對(duì) IN 單元進(jìn)行讀操作;LDAR置為0,不將數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭(運(yùn)行一個(gè)機(jī)器周期),觀(guān)察圖形界面,在T4 時(shí)刻完成對(duì)寄存器R0 的寫(xiě)入操作。將R0中的數(shù)據(jù)11H 打入存儲(chǔ)器01H 元。 將IN 單元置00000001(或其他數(shù)值)。K7 置為1,關(guān)閉R0 寄存器的輸出;K6
7、 置為0,關(guān)閉R0 寄存器的輸入;WR、RD、IOM 分別置為0、1、1,對(duì) IN 單元進(jìn)行讀操作;LDAR 置為 1,將數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭,觀(guān)察圖形界面,在 T3 時(shí)刻完成對(duì)地址寄存器的寫(xiě)入操作。 先將 WR、RD、IOM 分別置為 1、0、0,對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫(xiě)操作;再把 K7 置為 0,打開(kāi) R0 寄存器的輸出;K6 置為0,關(guān)閉R0 寄存器的輸入;LDAR 置為0,不將數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭,觀(guān)察圖形界面,在T3 時(shí)刻完成對(duì)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入操作。將當(dāng)前地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)寫(xiě)入到R0 寄存器中。 將
8、IN 單元置00000001(或其他數(shù)值),K7 置為1。關(guān)閉R0寄存器的輸出;K6置為0,關(guān)閉R0 寄存器的輸入;WR、RD、IOM 分別置為0、1、1,對(duì)IN 單元進(jìn)行讀操作;LDAR 置為1,將數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭,觀(guān)察圖形界面,在T3 時(shí)刻完成對(duì)地址寄存器的寫(xiě)入操作。 將K7置為1,關(guān)閉R0 寄存器的輸出;K6 置為1,打開(kāi)R0 寄存器的輸入;WR、RD、 IOM 分別置為0、1、0,對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操作;LDAR 置為0,不將數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭,觀(guān)察圖形界面,在 T3 時(shí)刻完成對(duì)寄存器
9、R0 的寫(xiě)入操作。將R0 寄存器中的數(shù)用LED 數(shù)碼管顯示。 先將WR、RD、IOM 分別置為1、0、1,對(duì)OUT 單元進(jìn)行寫(xiě)操作;再將K7 置為0,打開(kāi)R0 寄存器的輸出;K6 置為0,關(guān)閉R0 寄存器的輸入;LDAR 置為 0,不將數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭,觀(guān)察圖形界面,在T3時(shí)刻完成對(duì)OUT 單元的寫(xiě)入操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖如下:(4)實(shí)驗(yàn)總結(jié):1、 存儲(chǔ)器和輸入、輸出設(shè)備最終是要掛接到外部總線(xiàn)上,因此需要外部總線(xiàn)提供數(shù)據(jù)信號(hào)、地址信號(hào)以及控制信號(hào)。2、外部總線(xiàn)和CPU內(nèi)總線(xiàn)之間通過(guò)三態(tài)門(mén)連接,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外總線(xiàn)的分離和對(duì)于數(shù)據(jù)流向的控制。而地址總線(xiàn)可以為外部設(shè)備提供地址信號(hào)和片選信號(hào)。3.為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于MEM 和外設(shè)的讀寫(xiě)操作,還需要一個(gè)讀寫(xiě)控制邏輯,使得CPU能控MEM和I/O 設(shè)備的讀寫(xiě)4.WR=0,RD=1,IOM=0時(shí) E0 滅,表示存儲(chǔ)器讀功能信號(hào)有效。WR=1,RD=0,IOM=0)連續(xù)按動(dòng)開(kāi)關(guān)ST,當(dāng)指示燈顯示為T(mén)3時(shí)刻時(shí),E1 滅,表示存儲(chǔ)器寫(xiě)功能信號(hào)有效。WR=0,R
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