實(shí)驗(yàn)4存儲(chǔ)器部件實(shí)驗(yàn)

北京林業(yè)大學(xué)11學(xué)年—12學(xué)年第2學(xué)期計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)專業(yè)名稱：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2課程名稱：計(jì)算機(jī)組成原理任課教師：張海燕實(shí)驗(yàn)題目：實(shí)驗(yàn)四內(nèi)存儲(chǔ)器部件實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境：TEC-XP+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、PC機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．設(shè)計(jì)擴(kuò)展8K字存儲(chǔ)器容量的線路圖，標(biāo)明數(shù)據(jù)線、地址線和控制信號(hào)的連接關(guān)系。2．?dāng)U展教學(xué)機(jī)的存儲(chǔ)器空間，為擴(kuò)展存儲(chǔ)器選擇一個(gè)地址，并注意讀寫等控制信號(hào)的正確狀態(tài)。3．用監(jiān)控程序的D、E命令對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫，比較RAM（6116）、EEPROM（58C65）在讀寫上的異同。4．用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對(duì)RAM（6116）進(jìn)行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確。5．用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對(duì)擴(kuò)展存儲(chǔ)器EEPROM（58C65）進(jìn)行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確；如不正確，分析原因，改寫程序，重新運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法等方面的相同和差異之處。2．理解并熟悉通過(guò)字、位擴(kuò)展技術(shù)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展存儲(chǔ)器系統(tǒng)容量的方案。3．了解如何通過(guò)讀、寫存儲(chǔ)器的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)58C65ROM芯片的讀、寫操作。4．加深理解存儲(chǔ)器部件在計(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)中的作用。實(shí)驗(yàn)要求1．實(shí)驗(yàn)之前認(rèn)真預(yù)習(xí)，明確實(shí)驗(yàn)的目的和具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，做好實(shí)驗(yàn)之前的必要準(zhǔn)備。2．想好實(shí)驗(yàn)的操作步驟，明確通過(guò)實(shí)驗(yàn)到底可以學(xué)習(xí)哪些知識(shí)，想一想怎么樣有意識(shí)地提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)的真正效果；3．在教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要愛(ài)護(hù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，記錄實(shí)驗(yàn)步驟中的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果，仔細(xì)分析遇到的現(xiàn)象與問(wèn)題，找出解決問(wèn)題的辦法，有意識(shí)地提高自己創(chuàng)新思維能力。4．實(shí)驗(yàn)之后認(rèn)真寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，重點(diǎn)在于預(yù)習(xí)時(shí)準(zhǔn)備的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)算結(jié)果的分析討論，實(shí)驗(yàn)過(guò)程、遇到的現(xiàn)象和解決問(wèn)題的辦法，自己的收獲體會(huì)，對(duì)改進(jìn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)安排的建議等。善于總結(jié)和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告是培養(yǎng)實(shí)際工作能力非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)給以足夠的重視。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明內(nèi)存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行中的程序和相關(guān)數(shù)據(jù)的部件。在教學(xué)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器部件設(shè)計(jì)中，出于簡(jiǎn)化和容易實(shí)現(xiàn)的目的，選用靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)內(nèi)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)體，包括只讀存儲(chǔ)區(qū)（ROM、存放監(jiān)控程序等）和隨讀寫存儲(chǔ)區(qū)（RAM）兩部分，ROM存儲(chǔ)區(qū)選用4片長(zhǎng)度8位、容量8KB的58C65芯片實(shí)現(xiàn)，RAM存儲(chǔ)區(qū)選用2片長(zhǎng)度8位、容量2KB的6116芯片實(shí)現(xiàn)，每2個(gè)8位的芯片合成一組用于組成16位長(zhǎng)度的內(nèi)存字，6個(gè)芯片被分成3組，其地址空間分配關(guān)系是：0-1777H用于第一組ROM，固化監(jiān)控程序，2000-2777H用于RAM，保存用戶程序和用戶數(shù)據(jù)，其高端的一些單元作為監(jiān)控程序的數(shù)據(jù)區(qū)，第二組ROM的地址范圍可以由用戶選擇，主要用于完成擴(kuò)展內(nèi)存容量（存儲(chǔ)器的字、位擴(kuò)展）的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。在這里還要說(shuō)明如下兩個(gè)問(wèn)題。第一，要擴(kuò)展8K字的存儲(chǔ)空間，需要使用2片（每一片有8KB容量，即芯片內(nèi)由8K個(gè)單元、每個(gè)單元由8個(gè)二進(jìn)制位組成）存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)。第二，當(dāng)存儲(chǔ)器選用58C65ROM芯片時(shí)，它屬于電可擦除的EPROM器件，可以通過(guò)專用的編程器軟件和設(shè)備向芯片的寫入相應(yīng)的內(nèi)容，這是正常的操作方式。也可以通過(guò)寫內(nèi)存的指令向芯片的指定單元寫入16位的數(shù)據(jù)，只是每一次的這種寫操作需要占用長(zhǎng)得多寫入時(shí)間，例如幾百個(gè)微秒，可以通過(guò)運(yùn)行完成等待功能的子程序來(lái)加以保證。本次試驗(yàn)采用的是通過(guò)寫內(nèi)存的指令將數(shù)據(jù)寫入芯片中。對(duì)58C65ROM芯片執(zhí)行讀操作時(shí)，需要保證正確的片選信號(hào)（/CE）為低電平，使能控制信號(hào)（/OE）為低電平，讀寫命令信號(hào)（/WE）為高電平，讀58C65ROM芯片的讀出時(shí)間與讀RAM芯片的讀出時(shí)間相同，無(wú)特殊要求；對(duì)58C65ROM芯片執(zhí)行寫操作時(shí)，需要保證正確的片選信號(hào)（/CE）為低電平，使能控制信號(hào)（/OE）為高電平，讀寫命令信號(hào)（/WE）為低電平，寫58C65ROM芯片的維持時(shí)間要比寫RAM芯片的操作時(shí)間長(zhǎng)得多。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．連接電源線和通訊線前TEC-XP＋實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電源開(kāi)關(guān)一定要處于斷開(kāi)狀態(tài)，否則可能會(huì)對(duì)TEC-XP＋實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的芯片和PC機(jī)的串口造成損害。2．六個(gè)黑色控制開(kāi)關(guān)的功能示意圖如下：（開(kāi)關(guān)撥到上方表示為1，撥到下方為0，x表示任意）單步 手動(dòng)置指令 組合邏輯 聯(lián)機(jī) 8位 FPGA上面下面連續(xù) 從內(nèi)存讀指令 微程序 脫機(jī) 16位 MACH3．幾種常用的工作方式（開(kāi)關(guān)撥到上方表示為1，撥到下方為0，x表示任意）工作方式六個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)連續(xù)運(yùn)行程序、組合邏輯控制器、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)、MACH001100連續(xù)運(yùn)行程序、微程序控制器、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)、MACH000100單步、手動(dòng)置指令、組合邏輯控制器、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)、MACH111100單步、手動(dòng)置指令、微程序控制器、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)、MACH11010016位機(jī)、脫機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)、MACH1XX000連續(xù)運(yùn)行程序、聯(lián)機(jī)、16位機(jī)、FPGA00X1014．在拔插實(shí)驗(yàn)箱上的任何器件和連線時(shí)，都要關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱電源，否則可能會(huì)燒壞實(shí)驗(yàn)箱的器件。實(shí)驗(yàn)步驟一．RAM的寫入實(shí)驗(yàn)1．在斷電狀態(tài)下，取出TEC-XP+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將桌子上的串口線連接到TEC-XP+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的串口（離電源接口遠(yuǎn)的）；連接電源，將電源線的連到TEC-XP+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電源接口。2．將教學(xué)機(jī)左下方的6個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)置為001100（連續(xù)、內(nèi)存讀指令、組合邏輯、聯(lián)機(jī)、16位、MACH）。3．檢查FPGA下方的標(biāo)有“/CE”的四組插針均是左邊兩個(gè)短接；4．檢查RAM（6116）上方的標(biāo)有“/WE”的插針應(yīng)是左邊兩個(gè)短接；5．RAM（6116）支持即時(shí)讀寫，可直接用A、E命令向擴(kuò)展的存儲(chǔ)器輸入程序或改變內(nèi)存單元的值。RAM中的內(nèi)容在斷電后會(huì)消失，重新啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)后會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)存單元的值發(fā)生了改變。（1）打開(kāi)教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)電源。（2）在PC機(jī)上打開(kāi)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)箱的監(jiān)控程序。（3）用E命令改變內(nèi)存單元的值并用D命令觀察結(jié)果。①在命令行提示符狀態(tài)下輸入：E2020↙屏幕將顯示：2020內(nèi)存單元原值:按如下形式鍵入：2020原值：2222（空格）原值：3333（空格）原值：4444（空格）原值：5555↙②在命令行提示符狀態(tài)下輸入：D2020↙屏幕將顯示從2020內(nèi)存單元開(kāi)始的值，其中2020——2023的值為：2222333344445555③斷電后重新啟動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，用D命令觀察內(nèi)存單元2020——2023的值。有什么現(xiàn)象？原來(lái)置入到這幾個(gè)內(nèi)存單元的值現(xiàn)在是什么？為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象？（2）用A命令輸入一段程序，執(zhí)行并觀察結(jié)果。①在命令行提示符狀態(tài)下輸入：A2000↙屏幕將顯示：2000：按如下形式鍵入：2000：MVRDR0，AAAA2002：MVRDR1，55552004：ANDR0，R12005：RET2006：↙②在命令行提示符狀態(tài)下輸入：T2000↙R0的值變?yōu)锳AAAH，其余寄存器的值不變。T↙R1的值變?yōu)?555H，其余寄存器的值不變。T↙R0的值變?yōu)?000H，其余寄存器的值不變。③在命令行提示符狀態(tài)下輸入：G2000運(yùn)行輸入的程序。④在命令行提示符狀態(tài)下輸入：R↙記錄R0和R1的內(nèi)容：⑤斷電后重新啟動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，用U2000命令觀察原來(lái)輸入的程序，有什么現(xiàn)象？原來(lái)置入的程序現(xiàn)在還有嗎？為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象？二．存儲(chǔ)容量擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)1．要擴(kuò)展8K字（字長(zhǎng)16位）的存儲(chǔ)空間，需要使用2片（每一片有8KB容量，即芯片內(nèi)由8K個(gè)單元、每個(gè)單元由8個(gè)二進(jìn)制位組成）存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)擴(kuò)展8K字存儲(chǔ)器容量的線路圖，參照下圖標(biāo)明數(shù)據(jù)線、地址線和控制信號(hào)的連接關(guān)系，圖中/MREQ是訪存允許信號(hào)，地址線沒(méi)有給出，需要你自己加上。下圖中的地址線是~A0，請(qǐng)注明高地址線是多少。2．將兩個(gè)用于擴(kuò)展的ROM（58C65芯片）芯片分別插入標(biāo)有“EXTROMH”和“EXTROML”的插座，要注意芯片插入的方向，帶有半圓形缺口的一方朝左插入。如果芯片插入方向不對(duì)，會(huì)導(dǎo)致芯片燒毀。3．將擴(kuò)展芯片下方的插針按下列方式短接：①將標(biāo)有“/MWR”、“PGM”和“RD”的三個(gè)插針左面兩個(gè)短接，這組插針提供芯片的讀寫信號(hào)，就是決定芯片是處于只讀狀態(tài)還是可讀寫狀態(tài)，如果“/MWR”和“PGM”連接，表示芯片可寫；如果“PGM”和“RD”相連，表示芯片只讀不可寫；②將標(biāo)有“/MRD”、“/OE”和“GND”的三個(gè)插針左邊兩個(gè)短接；這組插針提供芯片的OE信號(hào)，往芯片里邊寫入內(nèi)容的時(shí)候“/MRD”和“/OE”短接，要運(yùn)行寫入的程序，則要“/OE”和“GND”短接；4．將擴(kuò)展芯片上方標(biāo)有EXTROMH和EXTROML的“/CS”信號(hào)用自鎖緊線短接，然后短接到MEMDC138芯片的上方的標(biāo)有“4000－5fff”地址單元；注意：標(biāo)有/CS的圓孔針與標(biāo)有MEM、/CS的一排圓孔針中的任意一個(gè)都可以用導(dǎo)線相連；連接的地址范圍是多少，可用的地址空間就是多少。5．58C65芯片的讀操作和一般的RAM一樣，而其寫操作，需要一定的時(shí)間，大約為1毫秒。因此，需要編寫一延遲子程序，在對(duì)EEPROM進(jìn)行寫操作時(shí)，調(diào)用該子程序，以完成正確的讀寫。（1）用E命令改變內(nèi)存單元的值并用D命令觀察結(jié)果。①在命令行提示符狀態(tài)下輸入：E5000↙屏幕將顯示：5000內(nèi)存單元原值：按如下形式鍵入：5000原值：2424（按空格）原值：3636（按空格）原值：4848（按空格）原值：5050↙②在命令行提示符狀態(tài)下輸入：D5000↙屏幕將顯示5000——507F內(nèi)存單元的值，從5000開(kāi)始的連續(xù)四個(gè)內(nèi)存單元的值依次為2424363648485050。③斷電后重新啟動(dòng)，用D命令察看內(nèi)存單元5000——5003的值，這幾個(gè)單元的值是否發(fā)生改變，為什么？（2）利用程序，在5000——500F單元中依次寫入數(shù)據(jù)0000、0001、...000F。注意：將程序放到RAM（6116）中，調(diào)用延時(shí)子程序，訪問(wèn)58C65芯片中的內(nèi)存地址。從2000單元開(kāi)始輸入主程序：（2000）MVRDR0，0000MVRDR2，0010；R2記錄循環(huán)次數(shù)MVRDR3，5000；R3的內(nèi)容為16位內(nèi)存地址（2006）STRR[R3]，R0；將R0寄存器的內(nèi)容放到R3給出的內(nèi)存單元中CALA2200；調(diào)用程序地址為2200的延時(shí)子程序INCR0；R0加1INCR3；R3加1DECR2；R2減1JRNZ2006；R2不為0跳轉(zhuǎn)到2006HRET①?gòu)?200單元開(kāi)始輸入延時(shí)子程序：（2200）PUSHR3MVRDR3，00FF（2203）DECR3JRNZ2203POPR3RET運(yùn)行主程序，在命令提示符下輸入：G2000↙。程序執(zhí)行結(jié)束后，在命令提示符下輸入：D5000↙；記錄5000——500F內(nèi)存單元的值。這16個(gè)單元的內(nèi)容是0000、0001、...000F嗎？②修改延時(shí)子程序，將其延時(shí)改長(zhǎng)，可將延時(shí)子程序中R3的內(nèi)容賦成FFFF。運(yùn)行主程序，在命令提示符下輸入：G2000↙。程序執(zhí)行結(jié)束后，在命令提示符下輸入：D5000↙；記錄5000——500F內(nèi)存單元的值。這16個(gè)單元的內(nèi)容是0000、0001、...000F嗎？如果是，為什么前一個(gè)延時(shí)程序?qū)懖贿M(jìn)去這16個(gè)單元的內(nèi)容？注意：實(shí)驗(yàn)完成后，取下擴(kuò)