6第三章实验79详解.docx

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6第三章实验79详解

实验七存储器EM实验

1、实验目的

了解模型机中程序存储器EM的工作原理及控制方法。

2、实验要求

利用CP226实验仪上的K16..K23开关为数据总线DBUS设置数据，其它开关做为控制信号输入，实现程序存储器EM的读写操作。

3、实验原理

存储器EM由一片6116（2K×8bit）静态RAM构成，实验仪中将地址线A10~A8固定接地，所以为用户提供的实际内存地址是A7~A0。

6116的低8位地址线（A7~A0），与外部地址总线ABUS7~ABUS0相连，存储器EM的地址可选择由PC或MAR提供。

6116的8位数据线（D7~D0）通过一片八总线收发器74HC245（三态输出）与数据总线DBUS7~DBUS0相连。

存储器EM的数据输出还直接送到指令总线IBUS，指令总线IBUS的数据还可以来自另一片74HC245，如下图。

EM原理图

当要对6116进行读操作时，应使片选端（图中为）为低电平，读控制端（图中为）为低电平，写控制端为高电平；当要对6116进行写操作时，应使片选端为低电平，写控制端为低电平,读控制端为高电平。

当ICOE控制端为0时（片选端为低电平），与指令总线IBUS连接的74HC245输出指令B8h（10111000b），在IBUS上产生中断信号。

存储器操作涉及存储器EM、地址寄存器MAR、指令计数器PC、指令寄存器IR以及IREN（指令寄存器IR及微指令寄存器uPC写允许）、PCOE（指令计数器PC输出允许）、MAROE（地址寄存器MAR输出允许）、MAREN（地址寄存器MAR写允许）、EMEN（存储器EM与数据总线连通）、EMRD（存储器EM的数据读出到数据总线）、EMWR（数据总线的数据写到存储器EM）等控制信号。

地址寄存器MAR用来存放要进行读或写的存储器EM的地址。

其内容经数据总线DBUS写入，因此必须在数据总线上具有数据后，配合MAR允许写的信号MAREN，在时钟上升沿跳变时写入。

当要向存储器EM读或写数据时，必须指明读、写EM哪个地址的内容。

这个地址则由地址寄存器MAR或指令计数器PC通过地址总线ABUS给出。

因此在地址寄存器MAR设置了地址后，配合MAR允许输出的信号MAROE，以及存储器EM被选通并允许写的时候，数据总线上的数据才会写到MAR指定的地址中。

4、实验内容

（1）连接线表

连接

信号孔

接入孔

作用

有效电平

1

J2座

J3座

将K23-K16接入DBUS[7:

0]

2

IREN

K6

IR,uPC写允许

低电平有效

3

PCOE

K5

PC输出地址

低电平有效

4

MAROE

K4

MAR输出地址

低电平有效

5

MAREN

K3

MAR写允许

低电平有效

6

EMEN

K2

存储器与数据总线相连

低电平有效

7

EMRD

K1

存储器读允许

低电平有效

8

EMWR

K0

存储器写允许

低电平有效

9

CK

已连

PC工作脉冲

上升沿打入

10

CK

已连

MAR工作脉冲

上升沿打入

11

CK

已连

存储器写脉冲

上升沿打入

12

CK

已连

IR,uPC工作脉冲

上升沿打入

注：

J2与J3连接用来将数据总线与开关K23-K16连接，以便设置数据，传送到PC或MAR等寄存器。

（2）打开电源

（3）按以下实验内容设置信号，观察结果。

（1）PC/MAR输出地址选择

1按下表置控制信号，观察地址输出指示灯，在表中记录其状态。

K5

（PCOE）

K4

（MAROE）

红色地址输出指示灯状态

地址总线中信息来源

0

1

1

0

1

1

0

0

2结合实验四的内容以及本实验系统的寻址方式讨论：

地址总线上的信息用在何时，分别以来自哪个寄存器？

（2）存储器EM写实验

下面步骤将数据11H写到存储器的00H地址中。

1在MAR中设置存储器地址

·用开关K23~K16，向DBUS中写入数据00h（表示选择地址00h）

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K

17

K16

·MAREN设为允许写MAR。

K6

（IREN）

K5

（PCOE）

K4

（MAROE）

K3

（MAREN）

K2

（EMEN）

K1

（EMRD）

K0

（EMWR）

·产生脉冲，将00h写到中。

MAR的值

2将数据写入EM中

·用开关K23~K16，向DBUS中写入数据11h

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

·设置MAR为允许输出，EM选通并设为允许写。

K6

（IREN）

K5

（PCOE）

K4

（MAROE）

K3

（MAREN）

K2

（EMEN）

K1

（EMRD）

K0

（EMWR）

·按STEP键,将数据11H写入。

数据11H的地址是

3反复上述操作将7Ch写到EM[01]；将12h写到EM[02]；将56h写到EM[03]。

操作步骤

4讨论存储器写入过程和必要条件

（3）存储器EM读实验

继续上面的实验，下面步骤将读出前面放在存储器中的数据。

1在MAR中设置存储器地址

·用开关K23~K16，向DBUS中写入数据00h（表示选择地址00h）

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

·MAREN设为允许写MAR。

K6

（IREN）

K5

（PCOE）

K4

（MAROE）

K3

（MAREN）

K2

（EMEN）

K1

（EMRD）

K0

（EMWR）

·产生脉冲，将00h写到MAR中。

MAR的值是

2读EM中的数据

·设置MAR为允许输出，EM设为允许读。

K6

（IREN）

K5

（PCOE）

K4

（MAROE）

K3

（MAREN）

K2

（EMEN）

K1

（EMRD）

K0

（EMWR）

EM[00h]地址中的数据

3反复上述操作，读出EM[01]、EM[02]、EM[03]地址中的数据，填在下表中。

EM地址（H）

数据

00

01

02

03

4讨论

存储器读出过程

（4）存储器EM中的数据（指令）送到指令寄存器IR和微程序计数器uPC

存储器中存放的不是程序的指令就是数据。

当程序已经在存储器中时，按照程序计数器PC的指示取出一条指令，送到指令寄存器IR进行译码，以便产生相应的控制操作。

在计算机中一条指令的功能就是通过按一定次序执行一系列基本操作完成的，这些基本操作就是微指令，指示微操作执行顺序的是微程序计数器uPC。

将存储器EM的程序指令送到IR和uPC应解决以下几个问题：

·EM中哪个地址中的数据要送出？

·应该给出什么控制信号？

结合实验四、五、六的操作讨论执行过程

1在MAR中设置存储器地址

·用开关K23~K16，向DBUS中写入数据00h（表示地址00h）

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

·MAREN设为允许写MAR。

K6

（IREN）

K5

（PCOE）

K4

（MAROE）

K3

（MAREN）

K2

（EMEN）

K1

（EMRD）

K0

（EMWR）

·产生脉冲，将00h写到MAR中。

MAR的值是

2设置控制信号

设置允许MAR中的地址输出的信号，允许读存储器的信号以及IR/uPC写有效的信号，填在下表。

K6

（IREN）

K5

（PCOE）

K4

（MAROE）

K3

（MAREN）

K2

（EMEN）

K1

（EMRD）

K0

（EMWR）

3按STEP键，观察结果

寄存器

数据

MAR

EM

IR

uPC

4反复上述操作，读出EM[01]、EM[02]、EM[03]地址中的指令送到IR/uPC，填在下表中。

EM地址

IR

uPC

00

01

02

03

5分析上面的结果，比较IP和uPC中的内容。

有什么现象？

为什么？

IR和uPC的数据的关系，表示的是什么信息

模型机译码过程

（5）用实验仪小键盘将程序写入存储器并单步运行

DICE-CP226计算机组成原理实验仪除了可以用实验仪上自带的小键盘输入程序及微程序，也可以单步调试程序和微程序，通过液晶显示屏观察各内部寄存器的值，编辑修改程序和微程序存储器。

1参照模型机指令集将以下程序翻译成机器码，输入到存储器中。

程序地址

机器码

汇编指令

指令说明

00

MOVA，#12

立即数12H送到累加器A

02

MOVA，R0

寄存器R0送到累加器A

03

MOVA，@R0

间址的存储器内容送到累加器A

04

MOVA，01

存储器01单元内容送到累加器A

06

IN

端口IN内容输入到累加器A

07

OUT

累加器A内容输出到端口OUT

2连接J1，J2

3打开电源

4按TV/ME键，选择EM。

5输入两位地址，00

6按NEXT键，进入存储器数据编辑。

7按两位程序数据。

8按NEXT选择下个地址/按LAST选择上个地址。

9重复⑦、⑧步输入程序。

10按RST结束。

11按STEP，单步执行，观察并记录各个寄存器的值。

按键

PC

IR

uPC

uM（H）

A

微指令功能

RST

STEP

（6）思考题：

程序中取指令和取数据时存储器地址的指示方法

实现方式和步骤

5、实验小结

1.存储器写入和读出数据的方法和控制原理。

2.取指令和取数据有什么不同？

3.IR和uPC的关系是什么，起什么作用。

4.程序的执行靠的是什么？

实验七存储器E