系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验

四川大学锦江学院计算机科学与工程系《计算机组成原理实验》课程设计报告课题名称：系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验课题负责人（学号/姓名）：荣何090512017同组成员名单：崔崇孟090512012周海龙090512026刘佳090512002雷镇百090512027孔令军090512024提交报告时间：2020年3月20日课程名称计算机组成原理实验实验课时3实验项目基本运算器实验实验时间2011.10.13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。实验环境PC机一台，TD-CM3+或TD-CMX实验系统一套。实验内容（算法、程序、步骤和方法）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。由于使用A6、A7进行译码，I/O地址空间被分为四个区。如下图所示：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，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。(四)实验步骤：1．读写控制逻辑设计实验。（1）按照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‘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。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。数据记录和计算结论（结果）1.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，应将这些引脚置为无效。2.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’。小结指导老师评议成绩评定：指导教师签名：