实验四--系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验.docx
山西大学计算机与信息技术学院实验报告姓名学号专业班级2023级计算机科学与技术课程名称计算机组成原理课程设计实验口期指导教师批改H期实验名称实骁四系统总线和具有根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、实验内容：1、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别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所示吾<O-CG二N6COISFYlONYllNY12NY13N*-'Y20NY21N-'Y22NY23N-IOYO"IOYlPIoY2“IOY3O-O-OO-图4-1I/O地址译码原理图.A7A6一选定C地址空间.002IOYo一00-3F三OlaIoYla40-7F*5IOpIoY280-BF<三IlaIOY3”CO-FFp表4-1I/O地址空间分配.为了实现对于MEM和外设的读写操作还需要个读写控制逻辑,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4-2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=I时对I/O设备进行读写操作，IoU=O时对MEM进行读写操作。RD=I时为读，WR=I时为写。RD图4-2读写控制逻辑,2、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。困4-4实验接线困首先将时序与操作台单元的开关KKLKK3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=I,IOM=OJ此时EO灭，表示存储器读功能信号有效。对MEM进行写操作(WR=1,RD=O,IOM=O)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，El灭，表示存储器写功能信号有效。对I/O进行读操作(WR=0,RD=I,IOM=D此时E2灭，表示I/O读功能信号有效。®对I/O进行写操作(WR=1,RD=O,IOM=I)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.根本输入输出功能的总线接口实验。3、实验结果：(1)根据挂在总线上的几个根本部件，设计一个简单的流程：输入设备将一个数打入RO存放器。输入设备将另一个数打入地址存放器。将RO存放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t实验】一【简单模型机】翻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KKl、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，在操作中应领先关闭应关闭的输出开关，再翻开应翻开的输出开关，否那么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。 输入设备将IIH打入RO存放器。将IN单元置OOOlOo01,K7置为1,关闭RO逾强的输出；K6置为1,翻开RO存放器的输入;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存放器。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时刻完成对存放器RO的写入操作。 将RO中的数据UH打入存储器OIH元。将IN单元置OOooOOOI（或其他数值）K7置为1,关闭RO存放器的输出；K6置为0,关闭RO存放器的输入；WR、RD、K）M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存放器。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时刻完成对地址存放器的写入操作。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,翻开RO存放器的输出；K6置为0,关闭RO存放器的输入；LDAR置为0,不将数据总线的数打入地址存放器。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。 将当前地址的存储器中的数写入到RO存放器中。将IN单元置OOOOoO01（或其他数值）K7置为Ie关闭Ro存放器的输出；K6置为0,关闭RO存放器的输入;WR、RD、I0M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存放器。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时刻完成对地址存放器的写入操作。将K7置为1,关闭RO存放器的输出；K6置为1,翻开RO存放器的输入；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存放器。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时刻完成对存放器RO的写入操作。 将RO存放器中的数用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,翻开RO存放器的输出；K6置为0,关闭RO存放器的输入；LDAR置为0,不将数据总线的数打入地址存放器。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。3.实验结果：三、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别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能控制MEM和I/O设备的读写4 .WR=O,RD=I,IOM=O时EO灭，表示存储器读功能信号有效。WR=I,RD=O,IoM=O)连续按动开关ST,当指示灯显示为T3时刻时，El灭，表示存储器写功能信号有效。WR=O,RD=I,IOM=I时E2灭，表示I/O读功能信号有效。WR=I,RD=O,TOM=IBj-,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。5、在接线时为了方便,可将管脚接到C(H单元闲置的开关上,假设开关打到1等效于接到Vee假设开关打到0,等效于接到GND。
