《计算机组成与结构》实验1

第1页共4页实验报告学院（系）名称：计算机与通信工程学院姓名张君卓学号20135612专业计算机科学与技术班级2013级1班实验项目实验二：缓冲输入/锁存输出实验课程名称计算机组成与结构课程代码0669026实验时间2015年10月28日16：00-18：00实验地点7-109批改意见成绩教师签字：【心得体会】通过此次实验，我明白了总线的概念及其特性，掌握控制总线的功能和应用，也熟悉了典型输入输出接口电路的基本组成，验证典型输入输出接口电路的工作方式。觉得自己应该多读课本，上实验的时候因为掌握知识不熟练，多次翻阅书籍，应加强对书本的理解。这次实验也加强了自己的动手实验能力，也对这门课产生了兴趣，为以后的学习作了很好的铺垫。通过和组员的协力合作，加强了自己的沟通能力和协作能力，更加体会到了团体力量比个人能力重要的道理！一、实验目的1．理解总线的概念及其特性，掌握控制总线的功能和应用。2．熟悉典型输入输出接口电路的基本组成，验证典型输入输出接口电路的工作方式。二、实验要求按照实验步骤完成实验项目，利用总线完成数据的输入/输出操作。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1所示：图1I/O地址译码原理图表1I/O地址空间分配第2页共4页为了实现对于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（时序单元的介绍见第三章3.3系统实验单元电路中6．时序与操作台单元部分）。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。图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。图3总线传输实验框图四、实验步骤1．读写控制逻辑设计实验。（1）按照图4实验接线图进行连线。（2）具体操作步骤图示如下：首先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，按动CON单元的总清按钮CLR，并执行下述操作。①对MEM进行读操作（WR=0，RD=1，IOM=0），此时E0灭,表示存储器读功能信号有效。②对MEM进行写操作（WR=1，RD=0，IOM=0），连续按动开关ST，观察扩展单元图4实验接线图数据指示灯，指示灯显示为T3时刻时，E1灭,表示存储器写功能信号有效。③对I/O进行读操作（WR=0，RD=1，IOM=1），此时E2灭,表示I/O读功能信号有效。④对I/O进行写操作（WR=1，RD=0，IOM=1），连续按动开关ST，观察扩展单元数据指示灯，指示灯显示为T3时刻时，E3灭,表示I/O写功能信号有效。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寄第3页共4页存器的输入；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。图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4页