一、实验时间

第四次实验：2021年4月15日星期四，第7周
第二次部件级实验，算分

二、实验内容

1.实验目的

（1）完成随机存储器（RAM）读写系统结构设计；
（2）熟悉随机存储器（RAM）的读写时序；
（3）完成随机存储器（RAM）读写操作的微程序实现；
（4）熟悉随机存储器（RAM）的功能测试。

2.设计要求

• 在硬件平台上已经提供了2k*8的的随机存储器（RAM）
• 本此实验的主要内容是设计一个具体的电路，用来对这个RAM进行读写操作，并控制好时序

3.结构框架图

核心部分是完成对红色部分的读取

本次实验的设计电路要求必须使用老师课件中的方案二

4. 实验要求和基本思路

本次实验的基本思路如下

1. 使用二路数据选择器选择PC输出，提供读信号和MAR打入信号，取出RAM 0地址中的数据Ad1，放入MAR寄存器中，并使PC+1
2. 使用二路数据选择器选择MAR输出，提供读信号和MBR打入信号，取出RAM Ad1地址中的数据X，放入MBR寄存器中
3. 使用二路数据选择器选择PC输出，提供读信号和MAR打入信号，取出RAM 1地址中的数据Ad2，放入MAR寄存器中
4. 使用二路数据选择器选择MAR输出，提供写信号和MBR的使能端信号，将MBR中的数据X打入RAM的Ad2地址中
5. 停机，使连续脉冲不再对电路起作用

5. 微程序设计

上面的步骤全部需要通过微程序实现，总共需要五步，共五条微指令，写入ROM即可

我自己设计的微指令格式如下
微指令共24位：A23，A22，A21…A2，A1，A0
A7：HALT（停机指令）
A6：EN/WR（写RAM和使能信号）
A5：RD(读RAM)
A4：MARY（二路选择器选择MAR输出）
A3：PCY（二路选择器选择PC输出）
A2：CPMBR（MBR打入脉冲）
A1：CPMAR（MAR打入脉冲）
A0：CPPC（PC打入脉冲）

五条微指令和具体信号根据上面的基本思路来就可以了，最好PC+1的信号在后，这样比较不会出现时序问题，这里三态门输出使能端EN和WR信号共用一个信号

注意：最后一条指令一定要是停机指令，否则会一直执行

三、电路图

1. 启动电路

本次实验使用实验平台上的连续脉冲，因此只需要按一次单脉冲键即可，连续脉冲会自动运行，并取出ROM中已经提前写入的所有微程序，直到停机指令的执行，因此需要在原本脉冲的基础上增加一个启动电路

启动电路具体的电路图在课件上有，这里我把它封装成一个单独的部件，以便之后可以复用

当HALT为1时，输出端CP一直为0，启动电路暂停运行。

特别提醒：最后的输出那里的非门一定不能少，一定不能少！！！

2. MBR寄存器

MBR寄存器和普通寄存器的功能类似，只是在输出端加上了三态门进行控制

特别注意：三态门的控制端EN，值为1的时候是通路，值为0的时候是高阻态

3.总图

特别注意：总图中包含了uPC和PC两个计数器，uPC负责给出ROM中的微程序的地址，而PC负责给出RAM中数据的地址

这里复用了之前实验的模256计数器和数据选择器

四、补充说明

在这次实验中，RAM中数据的写入和读取都是用软件实现的，ROM中微指令的写入也是用软件实现的
首先将数据写入RAM，将微指令写入ROM。当微指令运行结束之后，按下读取RAM，查看具体的结果