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1、 计算机组成原理学生实验报告学 院：基 础 学 院 专 业：信息管理 年 级： 2012 学 号： 学 生 姓 名： 同组学生姓名： 实验课程名称：计 算 机 组 成 原 理 实 验 名 称：系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验 指 导 教 师： 实 验 时 间： 2014.5.9 实 验 地 点： 10 栋 218 Comment ZWH1: 主要说明本实验要达到的目的和具体的要求（实验将实现的功能）Comment a2: 描述本实验的基本原理12014年 5月 9日一、 实验目的与要求1.理解总线的概念及其特征。2.掌握控制总线的功能和应用。二、 实验设备PC机一台，TD-CMA
2、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 地址译码原理如图 4-1（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 所示2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
3、能控制 MEM 和 I/O 设备的读写，实验中的读写控制逻辑如图 4-2 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。Comment ZWH3: 给出实验过程中的详细步骤，其中实验接线请列出本实验所接的所有线 3四、 实验步骤1读写控制逻辑设计实验。（1）按照图 4-4 实验接线图进行连线。首 先 将 时 序 与 操 作 台 单 元 的
4、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。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。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 。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 。对 I/O进 行 写 操
5、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Comment ZWH4: 给出本实验得到的有关结果和结论，并对有关实验现象进行讨论4号有效。2基本输入输出功能的总线接口实验。五 、 实验结果与讨论（1） 根 据 挂 在 总 线 上 的 几 个 基 本 部 件 ， 设 计 一 个 简 单 的 流 程 ：输 入 设 备 将 一 个 数 打 入 R0寄存器。输入设备将另一个数打入地址寄存器。将 R0寄存器中的数写入到当前地址的存储器中。将当前地址的存储器中的数用
6、 LED数码管显示。（2） 按 照 图 4-5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 K K2 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
7、 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。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、1，5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。将 R0中的数据11H 打入存储器01H 元。将 IN 单元置000000
8、01（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
9、对存储器的写入操作。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，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6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
10、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。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。实验结果图如下：7（4）实验总结：1、存储器和输入、输出设备最终是要挂接到外部总线上，因此需要外部总线提供数据信号、地址信号以及控制
11、信号。2、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。而地址总线可以为外部设备提供地址信号和片选信号。3.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 MEM 和 I/O 设备的读写4.WR=0，RD=1，IOM=0时 E0 灭，表示存储器读功能信号有效。WR=1，RD=0，IOM=0）连续按动开关 ST，当指示灯显示为 T3时刻时，E1 灭，表示存储器写功能信号有效。WR=0，RD=1，IOM=1时，E2灭，表示 I/O 读功能信号有效。WR=1，RD=0，IOM=1）时，观察扩展单元数据指示8灯，指示灯显示为 T3时刻时，E3灭，表示 I/O 写功能信号有效。5.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。
