计算机组成原理实验43_实验报告

学生实验报告学 院：软 件 学 院 专 业：软 件 工 程 年 级：2010级 学 号： 24320102202460 学 生 姓 名： 高伟 同组学生姓名： 何建明 实验课程名称：计 算 机 组 成 原 理 实 验 实 验 名 称：具有DMA控制功能的总线接口实验 指 导 教 师：曾文华、蔡艺军、廖凌宇 实 验 时 间： 2012.4.9 19:00-21:00 实 验 地 点： 漳州校区生化楼603 2012年4 月18日一、 实验目的与要求主要说明本实验要达到的目的和具体的要求（实验将实现的功能）1. 掌握 DMA 控制信号线的功能和应用. 2. 掌握在系统总线上设计 DMA 控制信号线的方法.二、 实验设备1、TD-CMA教学实验系统1台（通过USB串行接口与PC微机相连）2、PC微机1台三、 实验原理描述本实验的基本原理有一类外设在使用时需要占用总线,其中的典型代表是 DMA 控制机.在使用这类外设时, 总线的控制权要在 CPU 和外设之间进行切换,这就需要总线具有相应的信号来实现这种切换, 避免总线竞争,使 CPU 和外设能够正常工作.下面以 DMA 操作为例,设计相应的总线控制信 号线.实验原理图如图 4-3-1 所示图 1 实验原理图进行 DMA 操作时,外设向 DMAC(DMA 控制机)发出 DMA 传送请求,DMAC 通过总线 上的 HOLD 信号向 CPU 提出 DMA 请求.CPU 在完成当前总线周期后对 DMA 请求做出响应. CPU 的响应包括两个方面,一方面让出总线控制权,一方面将有效的 HALD 信号加到 DMAC 上,通知 DMAC 可以使用总线进行数据传输.此时 DMAC 进行 DMA 传输,传输完成后,停 止向 CPU 发 HOLD 信号,撤消总线请求,交还总线控制权.CPU 在收到无效的 HOLD 信号后, 一方面使 HALD 无效,另一方面又重新开始控制总线,实现正常的运行. 如图 4-3-1 所示,在每个机器周期的 T4 时刻根据 HOLD 信号来判断是否有 DMA 请求,如 果有,则产生有效的 HALD 信号,HALD 信号一方面锁死 CPU 的时钟信号,使 CPU 保持当前 状态,等待 DMA 操作的结束.另一方面使控制缓冲,数据缓冲,地址缓冲都处于高阻状态, 隔断 CPU 与外总线的联系, 将外总线交由 DMAC 控制. DMA 操作结束后, 当 DMAC 将 HOLD 信号置为无效,DMA 控制逻辑在 T4 时刻将 HALD 信号置为无效,HALD 信号一方面打开 CPU 的时钟信号,使 CPU 开始正常运行.另一方面把控制缓冲,数据缓冲和地址缓冲交由 CPU 控 制,恢复 CPU 对总线的控制权. 数据缓冲和地址缓冲由数据总 在本实验中, 控制缓冲由写在 16V8 芯片中的组合逻辑实现, 线和地址总线左侧的 74LS245 实现. 以存储器读信号为例, 体现 HALD 信号对控制总线的控制.首先模拟 CPU 给出存储器读信号(置 WR,RD,IOM 分别为 0,1,0) ,当 HALD 信号无效时, 总线上输出的存储器读信号 XMRD 为有效态0 ,当 HALD 信号有效时,总线上输出的存储器 读信号 XMRD 为高阻态.可以自行设计其余的控制信号验证实验.四、 实验步骤给出实验过程中的详细步骤，其中实验接线请列出本实验所接的所有线 1、实验接线：图2 实验接线图2、实验步骤： 将时序与操作台单元的开关 KK1,KK3 置为运行档,开关 KK2 置为单拍档, 按动 CON 单元的总清按钮 CLR,将 CON 单元的 WR,RD,IOM 分别置为010 , , , 此时 XMRD 为低,相应的指示灯 E0 灭.使用电压表测量数据总线和地址总线左侧的芯片 74LS245 的使能控制信号(第 19 脚) ,发现电压为低,说明数据总线和地址总线与 CPU 连通. 然后将 CON 单元的 K7 置为 1,连续按动时序与操作台单元的开关 ST,T4 时刻控制总 线的指示灯 HALD 为亮,继续按动开关 ST,发现控制总线单元的时钟信号指示灯 T1T4 保 持不变,说明 CPU 的时钟被锁死.此时 XMRD 为高阻态,相应的指示灯 E0 亮.使用万用表测 量数据总线和地址总线左侧的芯片 74LS245 的使能控制信号(第 19 脚) ,发现电压为高,说明 总线和 CPU 的连接被阻断. 将 CON 单元的 K7 置为 0,按动时序与操作台单元的开关 ST,当时序信号走到 T4 时刻 时,控制总线的指示灯 HALD 为灭,继续按动开关 ST,发现控制总线单元的时钟信号指示灯 T1T4 开始变化,说明 CPU 的时钟被接通.此时 XMRD 受 CPU 控制,恢复有效为低,相 应的指示灯 E0 灭. 使用万用表测量数据总线和地址总线左侧的芯片 74LS245 的使能控制信号 (第 19 脚) ,发现电压为低,说明总线和 CPU 恢复连通.五、 实验结果给出本实验得到的有关结果和结论，并对有关实验现象进行讨论与讨论实验结果符合预期。3