16BIT计算机组成原理实验九

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1、实验九、复杂模型机的I/O实验一、实验目的：1.在组成一台完整的计算机整机系统—模型机的基础上，控制真实的外围接囗。2.本实验外扩一片8255接囗芯片，完成基本并行囗实验。二、预习要求：1.预习本实验的相关知识和内容。三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。四、8255芯片引脚特性及外部连接：1．8255芯片引脚分配如图9-1图9-18255管脚图2．CS、A0、A1、RD、WR五个引脚的电平与8255操作关系如表9-1所示:A1A0/RD/WR/CS操作输入操作(读)00010端囗A数据总线01010端囗B数据总线10010端囗C数据总线输出操

2、作(写)00100数据总线端囗A01100数据总线端囗B10100数据总线通道C11100数据总线控制字寄存器11010控制字数据总线断开功能XXXX1数据总线三态XX110数据总线三态表9-1五、系统结构：模型机的结构如图9-2所示：图9-2模型机结构图中运算器ALU由U7—U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。微控器部分控存由U13—U15三片2816构成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理见系统介绍部分）。存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，

3、因而其存储空间为00H—FFH。输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态缓冲芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。并行IO扩展电路由8255芯片实现，实验中可将PA作为输入口，通过输入设备输入数据；将PB口作为输出口，接至底板的显示灯电路。注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当

4、数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序计数器时，只有低8位有效。六、工作原理：本实验在实验八指令集的基础上，新增两条端口读写指令。1．端囗读指令助记符指令格式INrd，D010000rdD其中第一字节前四位为操作码，D为端囗地址，其功能是将端囗地址为D的端囗内容写入寄存器中。2．端囗写指令助记符指令格式OUTD，rd010011rdD其功能是将寄存器中的内容写至以D为地址的端囗中。系统设计的微指令字长共24位，其控制位顺序如下：242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA

5、3uA2uA1uA0Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案如表9－2：F1字段F2字段F3字段151413选择121110选择987选择000LDRi000RAG000P1001LOAD001ALU-G001AR010LDR2010RCG010P3011自定义011自定义011自定义100LDR1100RBG100P2101LAR101PC-G101LPC110LDIR110299-G110P4111无操作111无操作111无操作表9－2系统涉及到的微程序流程见图9-3（图中各方框内为微指令所执行的操作，方框外的标号为该条微指令所处的八进制微地址）。控制操作为P4测试，它以CA1

6、、CA2作为测试条件，出现了写机器指令、读机器指令和运行机器指令3路分支，占用3个固定微地址单元。（注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式时由监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关来控制。）在机器指令的执行过程中，公用微指令对应于图9-2中01、02、21地址的微指令。21地址为“译码”微指令，该微指令的操作为P（1）测试，测试结果出现多路分支。本实验用指令寄存器的前4位（I7-I4）作为测试条件，出现2路分支，占用2个固定微地址单元。如I7—I4相同，则还需进行P2测试，以指令寄存器的I3、I2

7、位作为测试条件，以区分不同的指令，如MOV、JMP指令和IN、OUT指令。当全部微程序流程图设计完毕后，应将每条微指令代码化，表9-3即为将图9-3的微程序流程按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。控制开关00P4测试MWE（10）MRD(00)RUN(11)PCAR,PC+111PCAR,PC+11013(D_INPUT)D_BUSLT114RAMD_BUSLT11201LT1RAM15LT1LED16图9-3（a）图9-3（b）七、实验参考代码：根据工作原理设计本实验参考代码如下：地址（二进制）