EL-JY-Ⅱ 计算机组成原理第二套 实验九

计算机组成原理实验指导书 - ９１ -

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9-1 8255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:

A1 A0 /RD /WR /CS 操 作 0 0 1 0 1 1 1 X X 0 1 0 0 0 1 1 X X 0 0 0 1 1 1 1 0 X 1 1 1 1 0 0 0 0 1 X 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 输入操作(读) 端囗A 数据总线 端囗B 数据总线 端囗C 数据总线 输出操作(写) 数据总线 端囗A 数据总线 端囗B 数据总线 通道C 数据总线 控制字寄存器 控制字 数据总线 断开功能 数据总线 三态 数据总线 三态 0 1 表9-1

计算机组成原理实验指导书 - ９２ -

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，因而其存储空间为00H—FFH。

计算机组成原理实验指导书 - ９３ -

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 IN rd，D 0100 00 rd D

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

OUT D，rd 0100 11 rd D

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：

24 S3 23 S2 22 S1 21 S0 20 M 19 Cn 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 F1 F2 F3 6 uA5 5 uA4 4 uA3 3 uA2 2 uA1 1 uA0 WE 1A 1B Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案如表9－2：

计算机组成原理实验指导书 - ９４ -

F1字段 15 14 13 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 选择 LDRi LOAD LDR2 自定义 LDR1 LAR LDIR 无操作 F2字段 12 11 10 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 选择 RAG ALU-G RCG 自定义 RBG PC-G 299-G 无操作 F3字段 9 8 7 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 选择 P1 AR P3 自定义 P2 LPC P 4 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、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 00 P 4测试 MWE（10） MRD(00) RUN(11) PC AR,PC+1 11 PC AR,PC+1 10 13

(D_INPUT) D_BUS LT1 14 RAM D_BUS LT1 12 01 LT1 RAM 15 LT1 LED 16

计算机组成原理实验指导书 - ９５ -

图9-3（a）

PC->AR,PC+1RAM->D_BUS->IR0102 P1MOV & JMP2021IN & OUT24PC->AR,PC+122PC->AR,PC+107P2MOV(01)31RAM->D_BUS->ARJMP(10)3226RAM->D_BUS->rdRAM->D_BUS->PCIN(00)25P2OUT(11)270101[D]—>rdAX—>[D]0101

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） 指令（二进制） 助记符 说 明

0000 0000 0000 0100 MOV Ax，90H 置数 10010000 Ax 0000 0001 1001 0000

0000 0010 0100 1100 OUT [03H]，Ax Ax 以03H为地址的端囗 0000 0011 0000 0011 (8255控制口)

0000 0100 0100 0000 IN Ax，[00H] 8255的PA口的内容 Ax 0000 0101 0000 0000

0000 0110 0100 1100 OUT [01H]，Ax Ax 8255的PB口 0000 0111 0000 0001

0000 1000 0000 1000 JMP 04H 04H PC

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