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