計(jì)算機(jī)組成原理中斷實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、2015/2016 學(xué)年第課程名稱(chēng)計(jì)算機(jī)組成原理綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目微程序控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系 別電信學(xué)院計(jì)算機(jī)系班 級(jí)計(jì)141學(xué)生姓名 艾尼瓦爾阿布力米提學(xué) 號(hào)完成日期 二一六年七月八日星期五成 績(jī)指導(dǎo)教師（簽名）計(jì)算機(jī)組成綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)指導(dǎo)教師姓名王懷秀系計(jì)算機(jī)任務(wù)微程序控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)人數(shù)32學(xué)時(shí)1周實(shí)驗(yàn)?zāi)康?融合貫通計(jì)算機(jī)組成原理課程，加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系（寄存器堆、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制臺(tái)、微程序控制器）2理解并掌握微程序控制器的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)原理，具備初步的獨(dú)立 設(shè)計(jì)能力；3 掌握較復(fù)雜微程序控制器的設(shè)計(jì)、調(diào)試等基本技能；提 高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決問(wèn)題

2、的能力。實(shí)驗(yàn)任務(wù)?基于TEC-9教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于原有指令集的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)或擴(kuò)展 48條指 令。首先在原微程序控制器指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行原指令集的微指令編 碼的測(cè)試，然后利用上端軟件，編寫(xiě)用戶(hù)設(shè)計(jì)的微指令，實(shí)現(xiàn)指令預(yù)定 的功能。實(shí)驗(yàn)步驟?1進(jìn)行原實(shí)驗(yàn)平臺(tái)指令集的微程序控制器下指令運(yùn)行測(cè)試；? 2、記錄每一條機(jī)器指令的指令的執(zhí)行流程和微命令編碼；? 3、畫(huà)出每一條指令的指令微程序執(zhí)行流程圖；? 4、在原有指令集基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)或擴(kuò)展 48條指令。畫(huà)出擴(kuò)展指令的指令執(zhí)行流程圖;? 5、利用上端軟件，把所編寫(xiě)的微程序控制器內(nèi)容寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)臺(tái)中控制器 中。? 6、利用單拍測(cè)試控制器與編程的要求是否一致。如果有錯(cuò)

3、誤重新修改 后再寫(xiě)入控制器中。7、編寫(xiě)一段測(cè)試程序，測(cè)試控制器運(yùn)行是否正確。實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 融合貫通計(jì)算機(jī)組成原理課程，加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系 （寄存器堆、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制臺(tái)、微程序控制器）。2 理解并掌握微程序控制器的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)原理， 具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力；3掌 握較復(fù)雜微程序控制器的設(shè)計(jì)、調(diào)試等基本技能；提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)獨(dú)立 分析和解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)電路1. 微指令格式與微程序控制器電路2. 微程序控制器組成仍然使用前面的CPUS成與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)的電路圖，但本次實(shí)驗(yàn)加入中斷系統(tǒng)。 這是一個(gè)簡(jiǎn)單的中斷系統(tǒng)模型，只支持單級(jí)中斷、單個(gè)中斷請(qǐng)求，有中斷屏蔽功

4、能，旨在 說(shuō)明最基本的原理 中斷屏蔽控制邏輯分別集成在 2片GAL22V1(TIMER1和TIMER2中。其ABEL語(yǔ)言表達(dá)式如下：INTR1 := INTR;INTR1.CLK = CLK1;IE := CLR & INTS # CLR & IE & !INTC;IE.CLK= MF;INTQ = IE & INTR1;其中，CLK1是TIMER1產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào),它主要是作為 W W4的時(shí)鐘脈沖，這里作為INTR1的時(shí)鐘信號(hào)，INTE的時(shí)鐘信號(hào)是晶振產(chǎn)生的 MF INTS微指令位是INTS機(jī)器指令執(zhí) 行過(guò)程中從控制存儲(chǔ)器讀出的，INTC微指令位是INTC機(jī)器指

5、令執(zhí)行過(guò)程中從控制存儲(chǔ)器 讀出的。INTE是中斷允許標(biāo)志，控制臺(tái)有一個(gè)指示燈 IE顯示其狀態(tài)，它為1時(shí)，允許中 斷，為0時(shí)，禁止中斷。當(dāng)INTS = 1時(shí)，在下一個(gè)MF的上升沿IE變1,當(dāng)INTC = 1時(shí), 在下一個(gè)MF的上升沿IE變0。CLR信號(hào)實(shí)際是控制臺(tái)產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào) CLR#當(dāng)CLR = 0 時(shí)，在下一個(gè)CLK1的上升沿IE變0。當(dāng)CLR=1且INTS = 0且INTC = 0時(shí)，IE保持不 變。INTR 是外部中斷源，接控制臺(tái)按鈕INTR。按一次INTR按鈕，產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求正脈 沖INTR0 INTR1是INTR經(jīng)時(shí)鐘CLK1同步后產(chǎn)生的，目的是保持INTR1與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的時(shí)序信 號(hào)

6、同步。INTR脈沖信號(hào)的上升沿代表有外部中斷請(qǐng)求到達(dá)中斷控制器。 INTQ是中斷屏蔽控 制邏輯傳遞給CPU勺中斷信號(hào)，接到微程序控制器上。當(dāng)收到INTR脈沖信號(hào)時(shí)，若中斷允 許位INTECO，則中斷被屏蔽，INTQ仍然為0;若INTE =1,貝U INTQ = 1。為保存中斷的斷點(diǎn)地址，以便中斷返回，設(shè)置了一個(gè)中斷地址寄存器IAR。第二節(jié)圖4中的IAR（U19就是這個(gè)中斷地址寄存器，它是一片 74HC374有LDIAR和 IAR_BUS兩個(gè) 信號(hào)輸入端，均連接至微程序控制器。LDIAR信號(hào)的上升沿到達(dá)時(shí)，來(lái)自程序計(jì)數(shù)器 PC的 地址會(huì)置入IAR中。IAR_BUS為0時(shí)，保存在IAR中的斷點(diǎn)地址

7、會(huì)輸出到數(shù)據(jù)總線 DBUSk。 由于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只有一個(gè)斷點(diǎn)寄存器而無(wú)堆棧，因此僅支持一級(jí)中斷而不支持多級(jí)中斷。中斷向量即中斷服務(wù)程序的入口地址，在本實(shí)驗(yàn)儀中由8位數(shù)碼開(kāi)關(guān)SW SW0提供。3. 中斷的檢測(cè)、執(zhí)行和返回過(guò)程微程序控制器每執(zhí)行一條機(jī)器指令之后，執(zhí)行下一條機(jī)器指令之前，先轉(zhuǎn)到微地址OF處（見(jiàn)圖12微程序流程圖），在條件位P1=1時(shí)判斷是否有中斷請(qǐng)求INTQ。如果沒(méi)有INTQ, 則繼續(xù)正常的機(jī)器指令執(zhí)行。若檢測(cè)到中斷請(qǐng)求 INTQ,首先發(fā)出關(guān)中斷信號(hào)INTC、保存斷 點(diǎn)信號(hào)LDIAR,并且發(fā)出停機(jī)信號(hào)TJ，等待手動(dòng)設(shè)置中斷向量。設(shè)置好 SW SW0后，按 QD®鈕啟動(dòng)，機(jī)器將

8、中斷向量讀入程序計(jì)數(shù)器 PC中，從而轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)子程序去執(zhí)行。執(zhí)行一條機(jī)器指令I(lǐng)RET，從中斷服務(wù)子程序返回時(shí)，發(fā)出IAR_BUS信號(hào)，從中斷地址 寄存器IAR向數(shù)據(jù)總線DBUS俞出斷點(diǎn)地址，再?gòu)腄BUS依次寫(xiě)入到R4 PC中，恢復(fù)執(zhí)行被 中斷的程序。發(fā)生中斷時(shí)，關(guān)中斷由硬件負(fù)責(zé)，而中斷現(xiàn)場(chǎng) （寄存器堆中的寄存器，進(jìn)位標(biāo)志 C） 的 保存和恢復(fù)由中斷服務(wù)程序來(lái)處理。實(shí)驗(yàn)任務(wù)（1）了解中斷系統(tǒng)中每個(gè)信號(hào)的意義和變化條件，并將下面的主程序和中斷服務(wù)程序手工匯編成十六進(jìn)制機(jī)器代碼，此項(xiàng)任務(wù)應(yīng)在預(yù)習(xí)時(shí)完成主程序:地址指令機(jī)器代碼20HINTS21HLDA R0,R222HADD R0,R023HADD

9、 R0,R024HADD R0,R025HADD R0,R026HADD R0,R027HADD R0,R028HADD R0,R029HJMP R1中斷服務(wù)程序:地址指令機(jī)器代碼0A0HAND R0,R00A1HIRET（2）參考CPU組成與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，再加上中斷系統(tǒng)，完成本次實(shí)驗(yàn)的線路連接接通電源之前應(yīng)仔細(xì)檢查接線，確認(rèn)無(wú)誤。（3）將上述任務(wù)（1）的程序代碼存入內(nèi)存中，并根據(jù)需要設(shè)置通用寄存器組和內(nèi)存 相關(guān)單元的數(shù)據(jù)。其中，寄存器 R1的值應(yīng)置為21H,以便程序循環(huán)執(zhí)行。（4） 從地址20H執(zhí)行程序，在程序運(yùn)行中，按一次控制臺(tái)的INTR。進(jìn)入中斷后，用 單拍（DP方式執(zhí)行，直到返回主

10、程序?yàn)橹埂Ａ斜碛涗浿袛嘞到y(tǒng)中有關(guān)信號(hào)的變化情況， 特別要紀(jì)錄好斷點(diǎn)地址和R0的值。（5）重復(fù)執(zhí)行（4）兩次。（一共執(zhí)行3次）（6）將RAM中 20H單元的內(nèi)容由指令I(lǐng)NTS改為INTC,重作（4）,記錄發(fā)生的現(xiàn)象。六、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、實(shí)驗(yàn)程序主程序:地址指令機(jī)器代碼20HINTS0BH21HLDA R0,R258H22HADD R0,R000H23HADD R0,R000H24HADD R0,R0OOH25HADD R0,R0OOH26HADD R0,R0OOH27HADD R0,R0OOH28HADD R0,R0OOH29HJMP R184H中斷服務(wù)程序:地址指令機(jī)器代碼OAOHAND

11、 RO,RO3OHOA1HIRETOAOH2、接線微程序控制器與數(shù)據(jù)通路之間的線可以通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)直接選擇。將開(kāi)關(guān)設(shè)置為“微程序”只需連接數(shù)據(jù)通路部分的線。a、數(shù)據(jù)通路的 LDIR接 CER LDPC接 LDR4 LDDR接 LDDR2M1 接 M2 LDAR1 接 LDAR2b、指令寄存器IR的輸出IR0接雙端口寄存器堆的 RD0 WR0 IR1接RD1 WR1 IR2 接 RSQ IR3 接 RStC、單脈沖DMC接中斷INTR選擇開(kāi)關(guān)拔至“微程序”3、存程序機(jī)器代碼，設(shè)置通用寄存器 R1、R2及內(nèi)存相關(guān)單元的數(shù)據(jù)。（1）、設(shè)置寄存器R1、R2的值根據(jù)要求，設(shè)置R1 = 21H，R2的值由實(shí)

12、驗(yàn)者自定，假定為10Ho1）、令DP = 0，DB = 0，DZ =0,使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。令 SWB = 1, SWA = 1使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于寄存器加載工作方式 KLD按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。1）、在SW SWC上設(shè)置一個(gè)存儲(chǔ)器地址，該存儲(chǔ)器地址供設(shè)置通用寄存器使用。該存儲(chǔ)器地址最好是不常用的一個(gè)地址，以免設(shè)置通用寄存器操作破壞重要的存儲(chǔ)器單元 的內(nèi)容。例如可將該地址設(shè)置為 0FFH按一次QD按鈕，將0FFH寫(xiě)入AR1和AR22）在SW SW0上設(shè)置01H,作為通用寄存器 R1的寄存器號(hào)。按一次 QD按鈕，將01H 寫(xiě)入IR o3）在SW SW（設(shè)置21H,按一次QD按

13、鈕，將21H寫(xiě)入IR指定的R1寄存器。4）在SW SW0上設(shè)置02H,作為通用寄存器 R2的寄存器號(hào)。按一次 QD按鈕，將02H 寫(xiě)入IR o5）在SW SW（設(shè)置10H,作為R2的值。按一次QD按鈕，將10H寫(xiě)入IR指定的R2寄存6）設(shè)置R1、R2結(jié)束，按CLR按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。（2）、存程序機(jī)器代碼。本操作中，我們?cè)?0H單元存入01H（也可以是其他值），從20地址開(kāi)始存10個(gè)機(jī)器代碼：0B0H 58H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 8414 從 0A0H存入 2 個(gè)機(jī)器代 碼:30H,0A0H。1）令 DP = 0，DB = 0，D

14、Z =0，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。令 SWB = 1，SWA = 0，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于寫(xiě)雙端口存儲(chǔ)器工作方式 KWRD按CLR按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。2）置SW SW（為10H,按QD按鈕，將10H寫(xiě)入ARt3）置SW SW0為01H,按QD按鈕，將01H寫(xiě)入存儲(chǔ)器10H單元。寫(xiě)主程序1）按CLR按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)。2）置SW SW（為20H,按QD按鈕，將20H寫(xiě)入ARt3）置SW SW0為0B0H按QD按鈕，將0B0H寫(xiě)入存儲(chǔ)器20H單元。AR1自動(dòng)力卩1,變 為 21H。4）置SW SW0為58H,按QD按鈕，將58H寫(xiě)入存儲(chǔ)器21H單元。AR1自動(dòng)力卩1,變?yōu)?2H。

15、5）重復(fù)進(jìn)行下去，一直到將84H寫(xiě)入存儲(chǔ)器29H單元。按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恢復(fù) 到初始狀態(tài)寫(xiě)中斷程序1）置SW SWC為0A0H按QD按鈕，將OAOH寫(xiě)入AR12）置SW SWO為30H,按QD按鈕，將30H寫(xiě)入存儲(chǔ)器OAOH單元。3）置SW SWO OAOH按QD按鈕，將0A0H寫(xiě)入存儲(chǔ)器0A1H單元。4）按CLR按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。或用實(shí)驗(yàn)臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)或系統(tǒng)上端軟件直接寫(xiě)入內(nèi)容（3）從地址20H連續(xù)執(zhí)行程序從地址20H連續(xù)執(zhí)行程序，在程序運(yùn)行中，按一次控制臺(tái)的INTR。進(jìn)入中斷后，用單拍（DP方式執(zhí)行，直到返回主程序?yàn)橹埂Ａ斜碛涗浿袛嘞到y(tǒng)中有關(guān)信號(hào)的變化情況，特別要紀(jì)錄好斷

16、點(diǎn)地址和R0的值。1）令 DP = 0， DZ = 0， DB = 0，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。2）置SW SWC為20H,作為程序的起始地址。按 QD按鈕，啟動(dòng)程序從20H地址運(yùn)行。中斷允許指示燈亮。3）按INTR按鈕，發(fā)出一個(gè)INTR中斷脈沖，請(qǐng)求中斷。中斷后硬件自動(dòng)將中斷地址存入中斷地址寄存器IAR。微程序地址應(yīng)為25Ho4）置SW SW（為OAOH這是中斷程序的入口地址。將 DP由置0改為置1。按一次QD按鈕，將0A0H送入程序計(jì)數(shù)器PC微程序地址應(yīng)為26Ho5）按一次QD按鈕，進(jìn)行取指微操作。微程序地址應(yīng)為 05H6）按一次QD按鈕，進(jìn)行置數(shù)微操作。微程序地址應(yīng)為 13耳7）按一

17、次QD按鈕，進(jìn)行R0& R0操作，這時(shí)微程序地址應(yīng)為38耳 觀察DBUS總線的值, 即為R0的值。8）按一次QD按鈕，進(jìn)行寫(xiě)回微操作。微程序地址應(yīng)為 34H9）按一次QD按鈕，進(jìn)行判定有無(wú)中斷請(qǐng)求INTQ微操作。微程序地址應(yīng)為0FH10）按一次QD按鈕，進(jìn)行取指微操作。微程序地址應(yīng)為 05H11 ）按一次QD按鈕，進(jìn)行從中斷程序返回主程序微操作。微程序地址應(yīng)為1AH這時(shí)觀察PC地址,即中斷地址。12） 按一次QD按鈕，進(jìn)行判有無(wú)新的中斷操作。微程序地址為0FH13） 按一次QD按鈕，進(jìn)行取指微操作。微程序地址為 05耳此刻，程序已返回主程序。由于按下INTR按鈕的時(shí)間對(duì)主程序而言，是隨

18、機(jī)的，具有不確定性，因此各次中斷地 址、R0會(huì)具有不同的值。將RAM中 20H單元的內(nèi)容由指令I(lǐng)NTS改為INTC,重作（4）,記錄發(fā)生的現(xiàn)象。由于INTC是關(guān)中斷指令，因此將不會(huì)發(fā)生中斷。（4）控制存儲(chǔ)器代碼表1微程序控制器信號(hào)表指令當(dāng)前指CM4CM3CM2CM1CM0令LDA R0 R207H10H00H81H20H05H05H10H00H04H91H10H15H10H01H04H00H36H36H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHLDA R1 R307H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H15H10H01H04H00H36H3

19、6H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHADD R0 R107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H10H10H20H00H00H3BH3BH14H82H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHJC +507H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H19H10H00H00H00H0FHAND R2 R307H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H13H10H20H00H00H38H38H0DH82H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHSUB R3 R

20、207H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H11H10H20H00H00H3AH3AH03H02H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHSTA R3 R207H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H14H10H21H04H00H35H35H10H06H00H00H0FHSTP07H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H16H30H00H00H00H0FHJMP R107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H18H10H01H01H20H0FHINTS00H30H0

21、0H02H08H26H07H10H00H81H20H05H05H10H00H04H91H10H1AH10H20H00H00H3AH3AH03H02H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHIRET07H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H1BH10H00H41H20H0FH2.拓展控制器信號(hào)表指令CM4CM3CM2CM1CMOXOR Rd Rs10H1OHO4HOOHO5H10HOOHO4H91H1OH10H2OHOOHOOH31HOBHO2H2OHOOH34HOOH12HOOHOOHOFHINC Rd, Rs10HOOHO4HOOHO5H10HOOHO4H91H1OH10H2OHOOHOOH32HOOHO2H2OHOOH34HOOH12HOOHOOHOFHDEC Rd Rs1OHOOHO4HOOHO5H1OHOOHO4H91H1OH1OH2OHOOHOOH33H17H82H2OHOOH34H00H12H00H00H0FH10H00H04H00H05H10H00H04H91H10H10H20H00H00H24H0EH02H20