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

图1  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.  求A+B，A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