计算机组成原理实验

第一步：`65H → A`和`A7H → B`

准备工作：初始化

为了确保一个干净的开始，请先按一下实验箱上的"CLR"键 。这将清空CPU内的所有寄存器（A, B, R0等），确保它们的值都为00H。

第1.1步：将 `65H` 送入暂存器A (`65H → A`)

设置数据源：
- 在实验系统的输入单元（IN单元） ，通过拨码开关或者其他输入方式，将数据设置为 65H (二进制为 0110 0101)。
设置控制信号：
- 我们需要让输入单元的数据能放到总线（BUS）上。查阅PPT第8页的"外设、存储器读写控制"表，IN → BUS 操作需要设置：RD=1 和 IOM=1。
- 同时，我们需要让暂存器A准备好接收总线上的数据。查阅PPT第6页的"运算器"控制信号表，BUS → A 操作需要设置：LDA=1。
执行操作：
- 在确认以上所有开关（数据和控制信号）都设置正确后，按一下单步执行键（"ST"键）。
- 这个操作会把输入单元的65H通过总线，写入到暂存器A中。
验证：
- 操作完成后，观察暂存器A的显示 ，它的值现在应该变成了 65H。

第1.2步：将 `A7H` 送入暂存器B (`A7H → B`)

现在暂存器A已经有正确的值了，我们来操作暂存器B。

将LDA置0，LDB保持0，然后进行调数据。

设置数据源：
- 回到输入单元（IN单元） ，将数据更改为 A7H (二进制为 1010 0111)。
设置控制信号：
- 让输入单元的数据上总线，控制信号保持不变 ：RD=1 和 IOM=1。
- 这次，我们需要让暂存器B 接收数据。查阅PPT第6页的表格，BUS → B 操作需要设置：LDB=1 。（请确保 LDA 现在是0，否则会把A的内容也覆盖掉）。
执行操作：
- 确认设置无误后，再次按一下单步执行键（"ST"键）。
- 这个操作会把输入单元的A7H通过总线，写入到暂存器B中。
验证：
- 观察暂存器B的显示 ，它的值现在应该变成了 A7H。
- 同时，再次确认一下暂存器A的显示 ，它应该仍然是 65H。

第一步完成

当您完成以上所有操作后，第一步就成功了。此时的状态应该是：

暂存器A = 65H
暂存器B = A7H

现在，我们已经为第二步的加法运算做好了准备。您可以随时告诉我继续进行第二步。

好的，第一步顺利完成！现在我们的状态是：

暂存器A = 65H
暂存器B = A7H

第二步：`A + B → A`

这个指令的意思是：让ALU（算术逻辑单元）计算 A 和 B 的和，然后把结果再存放回暂存器A里面。

请按照下面的步骤进行操作：

第2.1步设置ALU的运算功能

首先，我们需要告诉ALU要做"加法"运算。
请查阅PPT中的**"运算功能表"**（实验二的第7页）。
在表中找到功能为 F=A加B 的那一行，它对应的功能选择码是 S3 S2 S1 S0 = 1001。
请在实验台的CON单元 找到对应的 S3, S2, S1, S0 控制开关，并将它们设置为 1001。

第2.2步设置数据的流向（数据通路）

ALU的输出： 运算结果需要从ALU出来，放到总线（BUS）上。这个操作的控制信号是 ALU_B = 0。
暂存器A的输入： 暂存器A需要准备好，从总线（BUS）上接收这个结果。这个操作的控制信号是 LDA = 1。
请在实验台上找到 ALU_B 和 LDA 的控制开关，并分别将它们设置为 0 和 1。

总结一下，在执行前，您需要确保以下控制信号设置正确：

S3 S2 S1 S0 = 1001
ALU_B = 0
LDA = 1
（其他不相关的控制信号如 LDB, RD, WR 等都应处于非激活状态，通常是0）。

第2.3步执行单步操作

确认以上所有设置都无误后，请按一下单步执行键（"ST"键）。

第2.4步观察并记录结果

按下"ST"键后，加法操作就完成了。现在请观察实验台上的显示灯，验证结果：

理论计算：
65H + A7H = 10CH
在8位系统中，这意味着：
- 存入暂存器A的结果是低8位，即 0CH。
- 运算产生了一个进位（最高位的1），所以进位标志 FC 会被置1。
- 结果0CH不是0，所以零标志 FZ 为0。
您应该在实验台上观察到：
- 暂存器A 的显示值变为 0C。
- FC (进位标志) 的状态灯亮起 (表示 FC=1)。
- FZ (零标志) 的状态灯熄灭 (表示 FZ=0)。

请根据实验要求，将这两个标志位的结果 FC=1, FZ=0 记录下来。

第三步：`A → MEM[10H]`

这一步的目标是，将我们刚刚在第二步计算出来的、存放在暂存器A 中的结果 0CH ，写入到内存地址为 10H 的单元中。

这是一个经典的"内存写入"操作。由于我们的实验系统一次只能做一件事（比如送地址或送数据），所以这个任务需要分解为两个微操作步骤来完成。

第3.1步：把地址 `10H` 送入地址寄存器(AR)

首先，我们必须告诉存储器我们要操作的地址是哪一个。

设置地址源：
- 在实验系统的输入单元（IN单元） ，请将数据开关设置为 10H。
设置控制信号（送地址）：
- 我们需要让输入单元的 10H 放到总线上。控制信号是：RD=1 , IOM=1。
- 同时，我们需要让**地址寄存器(AR)**接收总线上的地址。这个控制信号是 LDAR=1。
执行：
- 确认上述设置无误后，按一下单步执行键("ST"键)。
验证（可选）：
- 操作完成后，您可以观察一下实验台上地址寄存器(AR)的显示 ，它现在应该显示为 10H。这确认了地址已经成功送达。

第3.2步：把暂存器A的数据 `0CH` 写入内存

现在地址已经指定好了，我们可以把数据写入这个地址了。

设置数据源（让A的数据上总线）：
- 我们需要把暂存器A里的 0CH 送到总线上。我们通过ALU的**"直通"**功能来实现。
- 查阅"运算功能表"，功能 F=A(直通) 对应的控制码是 S3 S2 S1 S0 = 0000 。请将CON单元的功能开关设为 0000。
- 要让ALU的输出上总线，需要设置 ALU_B = 0。
设置控制信号（写内存命令）：
- 查阅PPT第8页的表格，执行 BUS → MEM[AR] （总线内容送存储单元）操作，需要的控制信号是：WR=1 , RD=0 , IOM=0。
- 特别注意： 这里的 IOM 必须是 0 ，因为我们这次操作的是存储器(MEM)，而不是输入输出设备(I/O)。
执行：
- 确认上述所有控制信号（S=0000, ALU_B=0, WR=1, RD=0, IOM=0）都设置正确后，再次按一下单步执行键("ST"键)。

第三步完成与最终验证

操作完成后，数据 0CH 就应该已经被成功写入到内存地址 10H 中了。现在是验证的关键时刻：

在实验系统的存储器查看 区域，输入您想查看的地址 10H。
观察该地址对应的数据显示。

MEM[10H] 的显示值已经从之前的旧数据（比如您看到的60H）变成了 0CH！

第四步：`A → OUT`

这一步非常直接，目标是将暂存器A 中存放的内容（也就是我们算出来的 0CH ），发送到 OUT（输出）单元进行显示。这通常会点亮一组LED灯来表示这个数值。

这是一个单次的数据传输操作，我们可以在一个单步周期内完成。

操作步骤

设置数据源（让A的数据上总线）：
- 和上一步的3.2节一样，我们需要将暂存器A中的 0CH 送到总线上。
- 我们将再次使用ALU的**"直通"**功能。请将CON单元的ALU功能选择开关设置为 S3 S2 S1 S0 = 0000 （代表 F=A）。
- 同时，为了让ALU的输出能到达总线，请设置 ALU_B = 0。
设置数据目的地（向OUT单元写入）：
- 现在我们的数据 0CH 已经在总线上了，我们需要命令OUT单元来接收它。
- 请查阅PPT第8页的"外设、存储器读写控制"表。
- 找到 BUS → OUT （总线内容送输出单元）这一行，它需要的控制信号是：WR=1 , RD=0 , IOM=1。
- 关键点： 这里的 IOM=1 非常重要，它告诉系统我们正在和I/O设备（输入/输出单元）通信，而不是和存储器（MEM）通信。

总结与执行

在执行之前，请您确认在实验台上设置了以下所有控制信号：

功能选择： S3 S2 S1 S0 = 0000
ALU输出使能： ALU_B = 0
I/O设备写命令： WR = 1, RD = 0, IOM = 1

设置无误后，按一下单步执行键（"ST"键）。

验证结果

操作完成后，请观察实验台上的 OUT单元（通常是一排LED灯）。

它的显示值现在应该变成了 0CH。

同时，这个操作不会改变暂存器A的内容，所以A的显示应该仍然是0CH。

第五步：`B → MEM[11H]`

这一步的目标和第三步非常相似，但有两个关键不同：

数据来源： 这次的数据来自暂存器B （里面的值应该是 A7H）。
目标地址： 我们要写入的内存地址是 11H。

和第三步一样，这个操作也需要分解为两个微操作步骤来完成：先送地址，再送数据。

第5.1步：把地址 `11H` 送入地址寄存器(AR)

我们首先要指定写入操作的目标地址。

设置地址源：
- 在实验系统的输入单元（IN单元） ，请将数据开关设置为 11H。
设置控制信号（送地址）：
- 让输入单元的数据上总线：RD=1 , IOM=1。
- 让地址寄存器(AR)接收总线上的地址：LDAR=1。
执行：
- 确认设置无误后，按一下单步执行键("ST"键)。
- 操作完成后，地址寄存器AR的内容就变成了11H。

第5.2步：把暂存器B的数据 `A7H` 写入内存

现在地址已经就位，我们可以把暂存器B的数据写入了。

设置数据源（让B的数据上总线）：
- 我们需要把暂存器B里的 A7H 送到总线上。这次我们使用ALU的 B通道"直通" 功能。
- 查阅"运算功能表"，功能 F=B(直通) 对应的控制码是 S3 S2 S1 S0 = 0001 。请将CON单元的功能开关设为 0001。
- 要让ALU的输出上总线，需要设置 ALU_B = 0。
设置控制信号（写内存命令）：
- 这个命令和第三步完全一样。执行 BUS → MEM[AR] 操作，需要的控制信号是：WR=1 , RD=0 , IOM=0。
- （再次提醒，IOM=0 表示我们正在操作的是存储器）。
执行：
- 确认上述所有控制信号（S=0001, ALU_B=0, WR=1, RD=0, IOM=0）都设置正确后，再次按一下单步执行键("ST"键)。

第五步完成与验证

操作完成后，暂存器B的内容 A7H 就应该被成功写入到内存地址 11H 中了。

请进行验证：

在实验系统的存储器查看 区域，输入您想查看的地址 11H。
观察该地址对应的数据显示。

您应该会看到，MEM[11H] 的显示值现在是 A7H！

同时，您可以再检查一下地址 10H，它的值应该仍然是 0CH，没有受到影响。

第六步 `MEM[11H] - 1 → B`

这一步的指令非常关键，它包含了读-修改-写的完整流程：

读 (Read): 从内存地址 11H 读取数据（这个数据应该是我们上一步存入的 A7H）。
修改 (Modify): 对这个数据执行减1 (-1) 操作。
写 (Write): 将计算后的新结果存入暂存器B。

这个复杂操作无法在一个单步周期内完成，我们需要将其分解为三个微操作步骤。

第6.1步：指定要读取的内存地址

和之前一样，第一件事总是先确定地址。

设置地址源： 在输入单元（IN单元） ，将数据开关设置为 11H。
设置控制信号： RD=1, IOM=1, LDAR=1。
执行： 按一下单步执行键("ST"键) 。
- 结果： 地址寄存器AR的内容变为 11H。

第6.2步：从内存读取数据到ALU的输入端

现在地址已经指定，我们要把 MEM[11H] 的内容 (A7H) 读出来，并送到ALU准备进行运算。最直接的方式是先把它存入暂存器A。

设置数据源（读内存）：
- 查阅控制信号表，MEM[AR] → BUS 的命令是：RD=1 , WR=0 , IOM=0。
设置数据目的地（写入暂存器A）：
- 为了让暂存器A接收总线上的数据，设置 LDA=1。
执行：
- 确认上述控制信号（RD=1, WR=0, IOM=0, LDA=1）设置正确后，再次按一下单步执行键("ST"键)。
中间验证：
- 操作完成后，请观察暂存器A的显示 ，它的值现在应该变成了 A7H。这说明我们成功地把内存里的数据取出来了。

第6.3步：执行减1运算，并将结果存入暂存器B

现在，A7H 已经位于暂存器A中，我们可以让ALU对它进行减1操作了。

设置ALU功能（A-1）：
- 查阅"运算功能表"，功能 F=A减1 对应的控制码是 S3 S2 S1 S0 = 1100 。请将CON单元的功能开关设为 1100。
设置数据通路（结果送入B）：
- 让ALU的运算结果上总线：ALU_B = 0。
- 让暂存器B 接收总线上的结果：LDB=1 。（请务必确保此时 LDA=0，否则A的值也会被覆盖）。
执行：
- 确认上述所有控制信号（S=1100, ALU_B=0, LDB=1）都设置正确后，再次按一下单步执行键("ST"键)。

第六步完成与最终验证

操作完成后，整个实验就结束了！现在是检验最后一步成果的时候。

理论计算： A7H - 1 = A6H
请观察实验台：
- 暂存器B 的显示值现在应该变成了 A6H。
- 暂存器A 的值应该没变，仍然是 A7H。
- MEM[11H] 的值也应该没变，仍然是 A7H（因为我们只对它进行了读取，没有写入）。

如果暂存器B的显示为A6H，那么恭喜您，已经成功完成了整个总线传输综合实验的所有步骤！

计算机组成原理实验

第一步：65H → A和A7H → B

准备工作：初始化

第1.1步：将 65H 送入暂存器A (65H → A)

第1.2步：将 A7H 送入暂存器B (A7H → B)

第一步完成

第二步：A + B → A

第2.1步 设置ALU的运算功能

第2.2步 设置数据的流向（数据通路）

第2.3步 执行单步操作

第2.4步 观察并记录结果

第三步：A → MEM[10H]

第3.1步：把地址 10H 送入地址寄存器(AR)

第3.2步：把暂存器A的数据 0CH 写入内存