實(shí)驗(yàn)四 系統(tǒng)總線和具有基本輸入輸出功能的總線接口實(shí)驗(yàn)

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1、山西大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)2011級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)課程名稱計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)日期成績(jī)指導(dǎo)教師批改日期實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)四系統(tǒng)總線和具有基本輸入輸出功能的總線接口實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1)理解總線的概念及其特性。(2)掌握控制總線的功能和應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、實(shí)驗(yàn)原理：由于存儲(chǔ)器和輸入、輸出設(shè)備最終是要掛接到外部總線上，所以需要外部總線提供數(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，外部總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別為外設(shè)提供上述信號(hào)。外部總線和CPU內(nèi)總線之間通過(guò)三態(tài)門連接，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外

2、總線的分離和對(duì)于數(shù)據(jù)流向的控制。地址總線可以為外部設(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，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

3、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)。42、實(shí)驗(yàn)步驟：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)接線圖進(jìn)行連線。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。①對(duì)MEM進(jìn)行讀操作（WR=0，RD=1，IOM=0），此時(shí)E0滅，表示存儲(chǔ)器讀功能信號(hào)有效。②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，觀察擴(kuò)展單元數(shù)據(jù)指示燈，指示燈顯示為T3時(shí)刻時(shí)，E1滅，表示存儲(chǔ)器寫(xiě)功能信號(hào)有效

4、。③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。④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，觀察擴(kuò)展單元數(shù)據(jù)指示燈，指示燈顯示為T3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接口實(shí)驗(yàn)。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）根據(jù)掛在總線上的幾個(gè)基本部件，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的流程：①輸入設(shè)備將一個(gè)數(shù)打入R0寄存器。②輸入設(shè)備將另一個(gè)數(shù)打入地址寄存器。③將R0寄存器中的數(shù)寫(xiě)入到當(dāng)前地址的存儲(chǔ)器中。④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)

5、驗(yàn)接線圖進(jìn)行連線。（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)KK2置為‘單拍’檔，CON單元所有開(kāi)關(guān)置0（由于總線有總線競(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)，否則可能由于總線競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)），按動(dòng)CON單元的總清按鈕CLR，然后通過(guò)運(yùn)行程序，在數(shù)據(jù)通路圖中觀測(cè)程序的執(zhí)行過(guò)程。4①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

6、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），觀察圖形界面，在T4時(shí)刻完成對(duì)寄存器R0的寫(xiě)入操作。②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)總線的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界

7、面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭，觀察圖形界面，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，觀察圖形界面，在T3時(shí)刻完成對(duì)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入操作。③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、

8、1、1，對(duì)IN單元進(jìn)行讀操作；LDAR置為1，將數(shù)據(jù)總線的數(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，