實驗：系統(tǒng)總線和具有基本輸入輸出功能的總線接口實驗

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1、實用文檔 山西大學計算機與信息技術學院 實 驗 報 告 姓 名 學 號 專業(yè)班級 2011 級 計算機科學與技術 課程名稱 計算機組成原理課程設計 實驗日期 成 績 指導教師 批改日期 實 驗 名 稱 實驗四 系統(tǒng)總線和具有基本輸入輸出功能的總線接口實驗 一、實驗目的： (1) 理解總線的概念及其特性。 (2) 掌握控制總線的功能和應用。 二、實驗內(nèi)容： 1、實驗原理： 由于存儲器和輸入、輸出設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、地 址信號以及控制信

2、號。在該實驗平臺中，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 提供上述信號。外部總線和 CPU 內(nèi)總線之間通過三態(tài)門連接，同時實現(xiàn)了內(nèi)外總線的分離和對于數(shù)據(jù) 流向的控制。 地址總線可以為外部設備提供地址信號和片選信號。 由地址總線的高位進行譯碼， 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 進行譯碼， I/O 地址空間被分為四個區(qū)，如表 4-1 所示 為了實現(xiàn)對于 MEM和外設的

3、讀寫操作， 還需要一個讀寫控制邏輯， 使得 CPU 能控制 MEM和 I/O 設備 的讀寫，實驗中的讀寫控制邏輯如圖 4-2 所示，由于 T3 的參與，可以保證寫脈寬與 T3 一致， T3 由 時序單元的 TS3 給出（時序單元的介紹見附錄 2。）IOM 用來選擇是對 I/O 設備還是對 MEM 進行讀寫操 作，IOM=1 時對 I/O 設備進行讀寫操作， IOM=0 時對 MEM 進行讀寫操作。 RD=1 時為讀， WR=1時為寫 。 . 實用文檔

4、 2、實驗步驟： 1．讀寫控制邏輯設計實驗。 （ 1）按照圖 4-4 實驗接線圖進行連線。 首先將時序與操作臺單元的開關 KK1、KK3 置為‘運行’檔， 開關 KK2 置為‘單拍’檔， 按動 CON 單元的總清按鈕 CLR，并執(zhí)行下述操作。 ① 對 MEM 進行讀操作（ WR=0，RD=1，IOM=0，）此時 E0 滅，表示存儲器讀功能信號有效。 ② 對 MEM進行寫操作（ WR=1，RD=0，IOM=0），連續(xù)按動開關 ST，觀察

5、擴展單元數(shù)據(jù)指示燈，指示燈顯示為 T3 時刻時， E1 滅，表示存儲器寫功能信號有效。 ③ 對 I/O 進行讀操作（ WR=0， RD=1， IOM=1，）此時 E2 滅，表示 I/O 讀功能信號有效。 ④ 對 I/O 進行寫操作（ WR=1，RD=0，IOM=1，）連續(xù)按動開關 ST，觀察擴展單元數(shù)據(jù)指示燈，指示燈顯示為 T3 時刻時， E3 滅，表示 I/O 寫功能信號有效。 2．基本輸入輸出功能的總線接口實驗。 3、實驗結果： （ 1）根據(jù)掛在總線上的幾個基本部件，設計一個簡單的流程： ① 輸入設備將一個數(shù)打入 R0 寄存器。 ②

6、 輸入設備將另一個數(shù)打入地址寄存器。 ③ 將 R0 寄存器中的數(shù)寫入到當前地址的存儲器中。 ④ 將當前地址的存儲器中的數(shù)用 LED 數(shù)碼管顯示。 （ 2）按照圖 4-5 實驗接線圖進行連線。 （ 3）具體操作步驟圖示如下：進入軟件界面，選擇菜單命令“ 【實驗】—【簡單模型機】，”打開簡單模型機實驗數(shù)據(jù)通路圖。 將時序與操作臺單元的開關KK1、KK3 置為‘運行’ 檔，開關 KK2 置為‘單拍’ 檔，CON 單元所有 開關置 0（由于總線有總線競爭報警功能， 在操作中應當先關閉應關閉的輸出開關， 再 打開應打開的 輸出開關，否則可能由于總線競爭導致

7、實驗出錯） ， 按動 CON 單元的總清按鈕 CLR，然后通過運行程序，在數(shù)據(jù)通路圖中觀測程序的執(zhí)行過程。 . 實用文檔 ① 輸入設備將 11H 打入 R0 寄存器。 將 IN 單元置 00010001，K7 置為 1，關閉 R0 寄存器的輸出； K6 置為 1，打開 R0 寄存器的輸入；WR、RD、IOM 分別置為 0 、 1、1，對 IN 單元進行讀操作； 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)四次點擊圖形界面上的“單節(jié)拍運行”按扭 （運行 一個機器周期），觀察圖形界面， 在 T4 時刻完成對寄存器 R0 的寫

8、入操作。 ② 將R0 中的數(shù)據(jù) 11H 打入存儲器 01H 元。 將 IN 單元置 00000001（或其他數(shù)值）。K7 置為 1，關閉 R0 寄存器的輸出； K6 置為 0， 關閉 R0 寄存器的輸入； WR、RD、IOM 分別置為 0 、1、1，對 IN 單元進行讀操作； LDAR 置為 1 ，將數(shù)據(jù)總線的數(shù)打 入地址寄存器。 連續(xù)四次點擊圖形界面上的 “單節(jié)拍運行” 按扭，觀察圖形界面，在 T3 時刻完成對地址 寄存器的寫入操作。 先將 WR、RD、IOM 分別置為 1 、0、0，對存儲器進行寫操作；再把 K7 置為 0 ，打開 R0 寄

9、存器的 輸出； K6 置為 0，關閉 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 次點擊圖形界面上的“單節(jié)拍運行”按扭，觀察圖形界面，在 T3 時刻完成對存儲器的寫入操作。 ③ 將當前地址的存儲器中的數(shù)寫入到 R0 寄存器中。 將 IN 單元置 00000001 （或其他數(shù)值），K7 置為 1。關閉 R0寄存器的輸出； K6 置為 0，關閉 R0 寄存器的輸入； WR、RD、IOM 分別置為 0、1、1，對 IN 單元進行讀操作； LDAR 置為 1，將數(shù)據(jù)總線的數(shù)打入地 址寄存器。 連續(xù)四次點擊圖形界面上的 “單節(jié)拍

10、運行” 按 扭，觀察圖形界面，在 T3 時刻完成對地址寄存器的寫入操作。將 K7 置為 1，關閉 R0 寄存器的輸出； K6 置為 1，打開 R0 寄存器的輸入； WR、RD、 IOM 分別置為 0、1、0，對存儲器進行讀操作； 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)四次點擊圖形界面上的“單節(jié)拍運行”按扭，觀察圖形界面，在 T3 時刻完成 對寄存器 R0 的寫 入操作。 ④ 將

11、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 OUT 單元進行寫操作；再將 K7 置為 0， 打開 R0 寄存器的輸出； K6 置為 0 ，關閉 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)四次點擊圖形界面上的 “單節(jié)拍運行” 按扭，觀察圖形界面， 在 T3 時刻完成對 OUT 單元的寫入操作。 . 實用文檔 3. 實驗結果：

12、 三、實驗總結： 1、存儲器和輸入、輸出設備最終是要掛接到外部總線上，因此需要外部總線提供數(shù)據(jù)信 號、地址信 號以及控制信號。 2、外部總線和 CPU 內(nèi)總線之間通過三態(tài)門連接，同時實現(xiàn)了內(nèi)外總線的分離和對于數(shù)據(jù)流向的控制。 而地址總線可以為外部設備提供地址信號和片選信號。 3. 為了實現(xiàn)對于 MEM和外設的讀寫操作， 還需要一個讀寫控制邏輯， 使得 CPU 能控制 MEM和 I/O 設備的讀寫 4、 WR=0， RD=1， IOM=0時 E0 滅，表示存儲器讀功能信號有效。 WR=1，RD=0，IOM=0）連續(xù)按動開關

13、 ST，當指示燈顯示為 T3 時刻時， E1 滅，表示存儲器寫功能信號 有效。 WR=0， RD=1， IOM=1，時 E2 滅，表示 I/O 讀功能信號有效。 WR=1，RD=0，IOM=1時），觀察擴展單元數(shù)據(jù)指示燈，指示燈顯示為 T3 時刻時， E3 滅，表示 I/O 寫 功能信號有效。 5、在接線時為了方便， 可將管腳接到 CON單元閑置的開關上， 若開關打到 1 ，等效于接到 VCC；若開關打到 0， 等效于接到 GND。 .