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计算机组成原理:总线与微命令

实验四  总线与微命令实验

一、实验目的

1) 理解总线的概念和作用。

2) 连接运算器与存储器,熟悉计算机的数据通路。

3) 理解微命令与微操作的概念。

二、实验要求

1) 做好实验预习,在实验之前填写好表1、表2,读懂实验电路图,熟悉实验元器件的功能特性和使用方法。

2) 按照实验内容与步骤的要求进行实验,对预习时填写好的微命令进行验证与调试,遇到问题请冷静、独立思考,认真仔细地完成实验。

三、实验原理

总线与微命令实验数据通路图

四、实验内容与步骤

1.  运行虚拟实验系统,导入实验电路,接好控制信号线,电路截图如下:

图2    数据通路实验电路

2.  进行电路预设置。将DR1、DR2和AR的 MR 置1,时序发生器的Step置1。

3.  A+BA从数据开关输入,B是存储器操作数,B的地址也从数据开关输入,运算结果在数据显示灯上显示。具体步骤如下:

1) 准备好要使用的微命令(空白处请补充),如表1所示:

表1   A+B微命令

功能

 A+B微命令

S3

S2

S1

S0

M

Cn

CE

WE

LDAR

LDDR1

LDDR2

ALU-B

SW-B

数据开关→DR1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

存储单元地址→AR

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

0

存储器操作数→DR2

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

1

DR1+DR2→BUS

1

0

0

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

DR1+DR2→存储单元

1

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

0

1

2) 打开电源。

3) 设置控制信号:数据开关→DR1;将数据开关设置为A(00000011);单击时序发生器的start按钮。等待一个CPU周期后,数据开关上的值已存入DR1。

4) 设置控制信号:存储单元地址→AR;将数据开关设为B的地址(00000010);单击start按钮。等待一个CPU周期后,地址已存入AR。

5) 设置控制信号:存储器操作数→DR2;单击start按钮。等待一个CPU周期后,B的值已存入DR2。

6) 设置控制信号:DR1+DR2→DR1。运算结果在数据灯上显示。

数据开关→DR1

存储单元地址→AR

存储器操作数→DR2

DR1+DR2→DR1

4.  计算C-D→存储单元E,数据C、D和地址E都从数据开关输入。具体步骤如下:

1) 设计微命令,填入表2中:

功能

C-D微命令

S3

S2

S1

S0

M

Cn

CE

WE

LDAR

LDDR1

LDDR2

ALU-B

SW-B

数据开关→DR1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

数据开关→DR2

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

0

存储单元地址→AR

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

0

DR1-DR2→存储单元

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

表2  C-D→存储单元E微命令

2) 设置控制信号:数据开关→DR1;将数据开关设置为C(00010111);单击时序发生器的start按钮。等待一个CPU周期后,C已存入DR1。

3) 设置控制信号:数据开关→DR2;将数据开关设置为D(00001000);单击start按钮。等待一个CPU周期后,D已存入DR2。

4) 设置控制信号:存储单元地址→AR;将数据开关设置为E(00000000);单击start按钮。等待一个CPU周期后,地址E已存入AR。

5) 设置控制信号:DR1-DR2→存储单元;单击start按钮。等待一个CPU周期后,运算结果已存入存储单元00H。

6) 单击菜单中的“工具/存储器芯片读写”,查看存储单元00H的值是否正确,如果不正确,找到错误的原因,调试至正确为止。

数据开关→DR1

数据开关→DR2

存储单元地址→AR

DR1-DR2→存储单元

五、思考与分析

1.总线的功能是什么?按连接部件可以分为几类?此实验中的总线属于哪一类?

答:总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束。按连接部件可以分为片内总线、系统总线和通信总线。此实验中的总线属于系统总线。

2.单总线结构有什么特点?多总线结构相对于单总线结构有什么优势?

答:单总线结构的优点是控制简单方便,扩充方便。双总线结构又分为面向CPU的双总线结构和面向存储器的双总线结构。将较低的I/O设备从单总线上分离出来,实现存储总线和I/O总线分离。提高了I/O设备的性能,使其更快地响应命令,提高系统吞吐量。

3.什么是微命令? 什么是微操作?它们与各功能芯片如74LS181、6116有什么关系?

答:微命令 就是控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令。\n微操作 是相对于指令完成的功能而言的,指的是一个部件能够完成的基本操作,也是最小的具有独立意义的操作。\n微命令与各功能芯片之间是控制与被控制的关系。微操作是各功能芯片能够完成的最基本的操作

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