合肥工业大学计算机组成原理实验报告.doc

1、实验一 存储器实验一、 实验目的了解静态随机存取存贮器的工作原理；掌握读写存贮器的方法。二、实验原理实验仪的存贮器MEM单元选用一片静态存贮器6116（2K8bit）存放程序和数据。CE：片选信号线，低电平有效，实验仪已将该管脚接地。OE：读信号线，低电平有效。WE：写信号线，低电平有效。A0.A10: 地址信号线。I/O0.I/O7:数据信号线。CEOEWE功能1不选中6116001读010写000不确定SRAM6116功能表存贮器挂在CPU的总线上，CPU通过读写控制逻辑，控制MEM的读写。实验中的读写控制逻辑如下图：读写控制逻辑M_nI/O用来选择对MEM还是I/O读写，M_nI/O =

2、 1，选择存贮器MEM；M_nI/O = 0，选择I/O设备。nRD = 0为读操作；nWR = 0为写操作。对MEM、I/O的写脉冲宽度与T2一致；读脉冲宽度与T2+T3一致，T2、T3由CON单元提供。存贮器实验原理图存贮器数据信号线与数据总线DBus相连；地址信号线与地址总线ABus相连，6116的高三位地址A10.A8接地，所以其实际容量为256字节。数据总线DBus、地址总线ABus、控制总线CBus与扩展区单元相连，扩展区单元的数码管、发光二极管上显示对应的数据。IN单元通过一片74HC245(三态门)，连接到内部数据总线iDBus上，分时提供地址、数据。MAR由锁存器（74HC5

3、74，锁存写入的地址数据）、三态门（74HC245、控制锁存器中的地址数据是否输出到地址总线上）、8个发光二极管（显示锁存器中的地址数据）组成。T2、T3由CON单元提供，按一次CON单元的uSTEP键，时序单元发出T1信号；按一次uSTEP键，时序单元发出T2信号；按一次uSTEP键，时序单元发出T3信号；再按一次uSTEP键，时序单元又发出T1信号，按一次STEP键，相当于按了三次uSTEP键，依次发出T1、T2、T3信号。其余信号由开关区单元的拨动开关模拟给出，其中M_nI/O应为高（即对MEM读写操作）电平有效，nRD、nWR、wMAR、nMAROE、IN单元的nCS、nRD都是低电平

4、有效。三、实验结果及分析四、思考题1本实验系统中所使用的存储芯片的容量有多大？系统中实际可访问的空间是多大? 2K*8位、256*8位本实验系统中存储器的读写控制信号如何得到的？它们各自在什么时候有效？通过手拨动开关来获得控制信号，OE：读信号线，低电平有效。WE：写信号线，低电平有效。实验二 系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验一、实验目的理解总线的概念及其特性；掌握控制总线的功能和应用。二、实验内容由于存储器和输入、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

5、。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地址译码原理见下图（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，如表所示：I/O地址译码原理图A07 A06片 选地址范围00IO_nCE000-3F01IO_nCE140-7F10IO_nCE280-BF11IO_nCE3C0-FFI/O地址空间分配CPU通过读写控制逻辑，控制MEM和I/O设备的读写。实验中的读写控制逻辑如下图：读写控制逻辑M_nIO用来选择对MEM还是I/O读写，M_n

6、IO = 1，选择存贮器MEM；M_nIO = 0，选择I/O设备。nRD = 0为读操作；nWR = 0为写操作。对MEM、I/O的写脉冲宽度与T2一致；读脉冲宽度与T2+T3一致，T2、T3由CON单元提供。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下图所示，它将几种不同的设备挂至总线上，有存贮器、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。总线传输实验框图一、读写控制逻辑实验1、连线说明： CBus单元：M_nIO、nRD、nWR、nINTA(JP42)开关区单元：K15.K12(J

7、P92)CBus单元：nM_RD、nM_WR、nIO_RD、nIO_WR (JP50)扩展区单元：JP67 注意：nINTA(K12)置“1”，使中断响应信号不干扰读写存贮器。2、打开实验仪电源，按CON单元的nRST按键，复位实验仪3、如果EXEC键上方指示灯点亮，表示实验仪在运行状态；否则，按一次EXEC键，使EXEC键上方指示灯点亮4、对MEM进行读操作（M_nIO = 1、nRD = 0、nWR = 1），按CON单元的uSTEP键，在T2、T3时刻，扩展区单元JP67对应的DS159指示灯熄灭，DS160-DS162指示灯点亮，表示nM_RD读信号在T2、T3时刻有效5、对MEM进行

8、写操作（M_nIO = 1、nRD = 1、nWR = 0），按CON单元的uSTEP键，在T2时刻，扩展区单元JP67对应的DS160指示灯熄灭，DS159、DS161、DS162指示灯点亮，表示nM_WR写信号在T2时刻有效6、对I/O进行读操作（M_nIO = 0、nRD = 0、nWR = 1），按CON单元的uSTEP键，在T2、T3时刻，扩展区单元JP67对应的DS161指示灯熄灭，DS159、DS160、DS162指示灯点亮，表示nIO_RD读信号在T2、T3时刻有效7、对I/O进行写操作（M_nIO = 0、nRD = 1、nWR = 0），按CON单元的uSTEP键，在T2时

9、刻，扩展区单元JP67对应的DS162指示灯熄灭，DS159-DS161指示灯点亮，表示nIO_WR写信号在T2时刻有效二、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：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通过OUT单元用LED数码管显示。2、连线说明：CBus单元：M_nIO、nRD、nWR、nINTA(JP42)开关区单元：K5.K12(JP92)ALU单元：rR0、wR0开关区单元：K9、K8ALU单元：IN0.IN7(JP22)iDBus单元：JP3

10、7MAR单元：nMAROE、wMAR(JP13)开关区单元：K11、K10(JP94)MAR单元：D0.D7(JP14)iDBus单元：iD0.iD7(JP38)存贮器MEM单元：A0.A7(JP72)ABus单元：A00.A07(JP56)存贮器MEM单元：D0.D7(JP73)DBus单元：D0.D7(JP53)存贮器MEM单元：M_nRD、M_nWR(JP71)CBus单元：nM_RD、nM_WR (JP44)IN单元：IN0.IN7(JP101)DBus单元：D0.D7(JP52)IN单元：nRDCBus单元：nIO_RD(JP49)IN单元：nCS扩展区单元：GNDOUT单元：nWR

11、(JP68)CBus单元：nIO_WR(JP48)OUT单元：nCS扩展区单元：GNDOUT单元：JP69DBus单元：D0.D7(JP54)OUT单元：JP70扩展区单元：JP65注意：nINTA(K12)置“1”，使中断响应信号不干扰读写存贮器。3、具体操作步骤图示如下：在星研软件的工具条中选择“简单模型机实验”，打开简单模型机实验的数据通路图。(1)拨动开关区单元开关：M_nIO = 1、nRD = 1、nWR = 1、nINTA = 1、rR0 = 1、wR0 = 1、wMAR = 1；nMAROE = 0(允许地址寄存器MAR输出到地址总线)(2) 打开实验仪电源(3)通过输入设备（

12、IN单元）将数据55H写入R0寄存器将IN单元置01010101，wR0 = 0,允许写寄存器R0，M_nIO = 0、nRD = 0、nWR = 1，点击星研软件“单节拍运行”按扭（运行一个机器周期），观察通路图，T2、T3时刻IN单元输出数据，在T3的下降沿IN单元输出的数据写入R0。wR0 = 1，结束写R0操作(4)读R0中数据写入存贮器MEM的15H单元将IN单元置00010101，wMAR = 0，允许写MAR，M_nIO = 0、nRD = 0、nWR = 1，点击星研软件“单节拍运行”按扭（运行一个机器周期），观察通路图，在T3的下降沿IN单元输出的数据写入地址寄存器MAR。w

13、MAR = 1,结束写MAR操作。rR0 = 0,允许读寄存器R0；M_nIO = 1、nRD = 1、nWR = 0，允许写存贮器；点击星研软件“单节拍运行”按扭（运行一个机器周期），观察通路图，在T2的时刻完成对存贮器的写入操作。rR0 = 1， M_nIO = 1、nRD = 1、nWR = 1，结束写MEM操作。(5)将当前地址的存贮器中数据读出，写入R0寄存器中。将IN单元置00010101，wMAR = 0，允许写MAR，M_nIO = 0、nRD = 0、nWR = 1，点击星研软件“单节拍运行”按扭（运行一个机器周期），观察通路图，在T3的下降沿IN单元输出的数据写入地址寄存器

14、MAR。wMAR = 1,结束写MAR操作。wR0 = 0,允许写寄存器R0；M_nIO = 1、nRD = 0、nWR = 1，允许读存贮器；点击星研软件“单节拍运行”按扭（运行一个机器周期），观察通路图，T2、T3时刻MEM单元输出数据，在T3的下降沿MEM单元输出的数据写入R0。wR0 = 1，M_nIO = 1、nRD = 1、nWR = 1，结束写R0操作。(6)读R0寄存器，数据写入OUT单元，用数码管显示数据。rR0 = 0, 允许读寄存器R0；M_nIO = 0、nRD = 1、nWR = 0，允许写I/O设备；点击星研软件“单节拍运行”按扭（运行一个机器周期），观察通路图，在

15、T2的下降沿，R0寄存器输出的数据写入OUT单元。rR0 = 1、M_nIO = 1、nRD = 1、nWR = 1，结束本次操作。三、实验结果及分析本次实验由于是2人完成，由我的学号作为地址，将另一个人的学号输出。四、思考题本实验系统中外设的读写控制信号如何得到的？对外设的读、写控制信号能不能同时发出？对存储器呢？本实验系统中外设的读写控制信号是拨开关得到的，对外设的读、写控制信号不能同时发出，对存储器的读、写控制信号也不能同时发出。总线上的部件输出数据时为什么要加三态门？三态门是一种扩展逻辑功能的输出级，也是一种控制开关。主要是用于总线的连接，因为总线只允许同时只有一个使用者。通常在数据总线上接有多个器件，每个器件通过OE/CE之类的信