系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验报告

第1页共6页实验报告课程名称：计算机组成原理实验项目名称：系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验一、实验目的1．理解总线的概念及其特性。2．掌握控制总线的功能和应用。二、实验设备与器件PC机一台，TD-CMA实验系统一套。三、实验原理由于存储器和输入、输出设备最终是要挂接到外部总线上，所以需要外部总线提供数据信号、地址信号以及控制信号。在该实验平台中，外部总线分为数据总线、地址总线、和控制总线，分别为外设提供上述信号。外部总线和CPU内总线之间通过三态门连接，同时实现了内外总线的分离和对于数据流向的控制。地址总线可以为外部设备提供地址信号和片选信号。由地址总线的高位进行译码，系统的I/O地址译码原理见图4-1-1（在地址总线单元）。由于使用A6、A7进行译码，I/O地址空间被分为四个区，如表4-1-1所示：A1B1A2B2G1NG2NY10NY20NY13NY12NY11NY23NY22NY21N74LS139GNDA6A7IOY0IOY1IOY2IOY3图4-1-1I/O地址译码原理图表4-1-1I/O地址空间分配A7A6选定地址空间00IOY000-3F01IOY140-7F10IOY280-BF11IOY3C0-FF为了实现对于MEM和外设的读写操作，还需要一个读写控制逻辑，使得CPU能控制MEM和I/O设备的读写，实验中的读写控制逻辑如图4-1-2所示，由于T3的参与，可以保证写脉宽与T3一致，T3由时序单元的TS3给出（时序单元的介绍见附录2）。IOM用来选择是对I/O设备还是对MEM进行读写操作，IOM=1时对I/O设备进行读写操作，IOM=0时对MEM进行读写操作。RD=1时为读，WR=1时为写。成绩：指导老师(签名)：第2页共6页XMRDXMWRXIOWXIORRDT3WRIOM图4-1-2读写控制逻辑在理解读写控制逻辑的基础上我们设计一个总线传输的实验。实验所用总线传输实验框图如图4-1-3所示，它将几种不同的设备挂至总线上，有存储器、输入设备、输出设备、寄存器。这些设备都需要有三态输出控制，按照传输要求恰当有序的控制它们，就可实现总线信息传输。R0寄存器数据输入开关数码管显示LED存储器RAM地址寄存器ARIN-BRDLDARCSW&RLED-BWRR0-BLDR0总线图4-1-3总线传输实验框图四、实验内容与步骤2．基本输入输出功能的总线接口实验。（1）根据挂在总线上的几个基本部件，设计一个简单的流程：①输入设备将一个数打入R0寄存器。②输入设备将另一个数打入地址寄存器。③将R0寄存器中的数写入到当前地址的存储器中。④将当前地址的存储器中的数用LED数码管显示。（2）按照图4-1-5实验接线图进行连线。（3）具体操作步骤图示如下：进入软件界面，选择菜单命令“【实验】—【简单模型机】”，打开简单模型机实验数据通路图。将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为‘运行’档，开关KK2置为‘单拍’档，CON单元所有开关置0（由于总线有总线竞争报警功能，在操作中应当先关闭应关闭的输出开关，再打开应打开的输出开关，否则可能由于总线竞争导致实验出错），按动CON单元的总清按钮CLR，然后通过运行程序，在数据通路图中观测程序的执行过程。①输入设备将11H打入R0寄存器。将IN单元置00010001，K7置为1，关闭R0寄存器的输出；K6置为1，打开R0寄存器的输入；WR、RD、IOM分别置为0、1、1，对IN单元进行读操作；LDAR置为0，不将数据总线的数打入地址寄存器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭（运行一个机器周期），观察图形界面，在T4时刻完成对寄存器R0的写入操作。②将R0中的数据11H打入存储器01H单元。将IN单元置00000001（或其他数值）。K7置为1，关闭R0寄存器的输出；K6置为0，关闭R0寄存器的输入；WR、RD、IOM分别置为0、1、1，对IN单元进行读操作；LDAR置为1，将数据总线的第3页共6页数打入地址寄存器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭，观察图形界面，在T3时刻完成对地址寄存器的写入操作。先将WR、RD、IOM分别置为1、0、0，对存储器进行写操作；再把K7置为0，打开R0寄存器的输出；K6置为0，关闭R0寄存器的输入；LDAR置为0，不将数据总线的数打入地址寄存器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭，观察图形界面，在T3时刻完成对存储器的写入操作。③将当前地址的存储器中的数写入到R0寄存器中。将IN单元置00000001（或其他数值），K7置为1，关闭R0寄存器的输出；K6置为0，关闭R0寄存器的输入；WR、RD、IOM分别置为0、1、1，对IN单元进行读操作；LDAR置为1，不将数据总线的数打入地址寄存器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭，观察图形界面，在T3时刻完成对地址寄存器的写入操作。将K7置为1，关闭R0寄存器的输出；K6置为1，打开R0寄存器的输入；WR、RD、IOM分别置为0、1、0，对存储器进行读操作；LDAR置为0，不将数据总线的数打入地址寄存器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭，观察图形界面，在T3时刻完成对寄存器R0的写入操作。CON单元ALU_BLDALDBS3S0......CPU内总线时序与操作台单元TS1控制总线WRIOMWRIOMRDRDXMRDXMWRIN单元LDR0K6R0_BK7TS4D7D0...IN7IN0......OUT7OUT0...............OUT单元RDWRIN_BLED_BD7D0......D7D0.........XIORXIOWRDMEM单元WRXA7XA0A7A0...............地址总线ALU®单元D7D0......PC&AR单元LDPCLDARLDAR30HZCLK0数据总线XD7XD0.........D7D0...XD7XD0.........T1T4......扩展单元VCCGNDLDIRIR单元PC_B...图4-1-5实验接线图注：由于采用简单模型机的数据通路图，为了不让悬空的信号引脚影响通路图的显示结果，将这些引脚置为无效。在接线时为了方便，可将管脚接到CON单元闲置的开关上，若开关打到‘1’，等效于接到‘VCC’；若开关打到‘0’，等效于接到‘GND’。④将R0寄存器中的数用LED数码管显示。先将WR、RD、IOM分别置为1、0、1，对OUT单元进行写操作；再将K7置为0，打开R0寄存器的输出；K6置为0，关闭R0寄存器的输入；LDAR置为0，不将数据总线的数打入地址寄存器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭，观察图形界面，在T3时刻完成对OUT单元的写入操作。第4页共6页IN单元置数据(00010001)IN=00010001=011K6=1LDAR=0WR\RD\IOMK7=1将IN单元中的数写入R0IN单元置数据(00000001)IN=00000001=011K6=0LDAR=1K7=1将IN单元中的数写入ARWR\RD\IOM=100K6=0LDAR=0K7=0将R0中的数写入MEMWR\RD\IOM=101K6=0LDAR=0WR\RD\IOMK7=0IN单元置数据(00000001)IN=00000001=011K6=0LDAR=1K7=1将IN单元中的数写入ARWR\RD\IOM=010K6=1LDAR=0K7=1将MEM中的数写入R0WR\RD\IOM将R0中的数写入OUT单元五、实验结果及分析接线如图：第5页共6页将IN单元数据写入RO:LDAR置为0，不将数据总线的数打入地址寄存器IOM=1时，对IO设备进行进行读写操作将IN单元数据写入AR:LDAR置为1，将数据总线的数打入地址寄存器IOM=1时，对IO设备进行进行读写操作第6页共6页将RO中数据写入MEM:LDAR置为0，不将数据总线的数打入地址寄存器IOM=0时，对MEM设备进行进行读写操作六、实验总结这个实验开始的时候就觉得很难，因为接线很复杂，请教了同学后，把原来接好的又拔了重接才接好，然后实验中问题不断，发现有两根线接错，做了很久才把实验做完。