計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗 34嵌套中斷CPU 賴曉錚

1、QQ: 68046508理解堆棧的硬布線邏輯實現(xiàn)方法。理解堆棧的硬布線邏輯實現(xiàn)方法。掌握基于堆棧的嵌套中斷掌握基于堆棧的嵌套中斷CPUCPU設(shè)計原理。設(shè)計原理。入棧時序：入棧時序：信號信號push=1push=1且且pop=0pop=0，移位移位寄存器寄存器74LS19474LS194狀態(tài)狀態(tài)S0,S1=1,0S0,S1=1,0，進(jìn)入右移模式，進(jìn)入右移模式T T上升沿上升沿時刻時刻，S SR R(DIN)(DIN)Q Q0 0且且Q Qi iQ Qi+1i+1(i=0,1,2)(i=0,1,2) 出棧時序：出棧時序：信號信號push=0push=0且且pop=1pop=1，移位寄存器，移位寄存

2、器74LS19474LS194狀態(tài)狀態(tài)S0,S1=0,1S0,S1=0,1，進(jìn)入左移模式，進(jìn)入左移模式，Q Q0 0(DOUT)(DOUT)輸出輸出T T上升沿時刻，上升沿時刻，Q Qi iQ Qi-1i-1(i=1,2,3)(i=1,2,3) 初始化時序：初始化時序：啟動仿真，啟動仿真，SPSP狀態(tài)狀態(tài)S0,S1=1,1S0,S1=1,1，第一個第一個T T上升沿上升沿時刻時刻，SPSP輸出端為輸出端為 Q Q0 0, ,Q Q1 1, ,Q Q2 2, ,Q Q3 3=0,0,0,1=0,0,0,1入棧時序入棧時序(pop=0)：pushpush上升沿上升沿，SPSP狀態(tài)狀態(tài)S0,S1=1

3、,0S0,S1=1,0T T上升沿，上升沿，SP+1(QSP+1(Qi iQ Qi+1i+1) ) ，右移；右移；pushpush下降沿，下降沿，SPSP輸出鎖存，刷新輸出鎖存，刷新BPxBPx出棧時序出棧時序(push=0) ：poppop上升沿上升沿，SPSP狀態(tài)狀態(tài)S0,S1=0,1S0,S1=0,1， 同時，同時，SPSP輸出鎖存，刷新輸出鎖存，刷新#OEx#OExT T上升沿，上升沿，SP-1(QSP-1(Qi iQ Qi+1i+1) ) ，左移；左移；入棧時序入棧時序(pop=0)pushpush上升沿上升沿，撥碼開關(guān)數(shù)據(jù)撥碼開關(guān)數(shù)據(jù)鎖存鎖存SINSIN總線；總線；pushpush

4、下降沿下降沿， 刷新刷新BPxBPx產(chǎn)生的產(chǎn)生的上升沿把上升沿把SINSIN總總線數(shù)據(jù)打入新線數(shù)據(jù)打入新BPxBPx所對應(yīng)的寄所對應(yīng)的寄存器存器STACK_xSTACK_x；出棧時序出棧時序(push=0) poppop上升沿上升沿，刷刷新的新的#OEx#OEx所對所對應(yīng)的寄存器應(yīng)的寄存器STACK_xSTACK_x輸出數(shù)輸出數(shù)據(jù)到據(jù)到SOUTSOUT總線總線；同時，；同時，pop=1pop=1令令SOUTSOUT總線導(dǎo)總線導(dǎo)通到通到BUSBUS總線（總線（數(shù)碼管顯示）數(shù)碼管顯示）注：跳出注：跳出“斷點斷點”后后，CPUCPU進(jìn)入進(jìn)入HLTHLT指令指令的的后續(xù)下一條指令的取指周期后續(xù)下一條指

5、令的取指周期。匯編助記符匯編助記符(M地址：機(jī)器指令地址：機(jī)器指令)JMP 13H00H:0001000001H:0001001104H; vector002H:000001000CH; vector103H:00001100OUT R1, PORT0; sub004H:01010100SET R1, 80H05H:0011010006H:10000000HLT07H:00000001OUT R0, PORT008H:01010000SET R0, 80H09H:001100000AH:10000000IRET0BH:01110000匯編助記符匯編助記符(M地址：機(jī)器指令地址：機(jī)器指令)SET

6、 R1, 90H; sub10CH:001101000DH:10010000SUBI R1, 01H0EH:110001000FH:00000001JS 0EH10H:0001110011H:00001110IRET12H:01110000SET R0, 90H; main13H:0011000014H:10010000SUBI R0, 01H15H:1100000016H:00000001JS 15H17H:0001110018H:00010101HLT19H:00000001請把本實驗的微程序版嵌套中斷請把本實驗的微程序版嵌套中斷CPUCPU電路改成相應(yīng)的硬布線電路改成相應(yīng)的硬布線版本和流

7、水線版本，并執(zhí)行上述實驗步驟的程序。請問程版本和流水線版本，并執(zhí)行上述實驗步驟的程序。請問程序是否需要修改？如果需要，修改的地方及原因？序是否需要修改？如果需要，修改的地方及原因？嵌套中斷嵌套中斷CPUCPU的兩個中斷源的兩個中斷源INT0INT0和和INT1INT1可以彼此嵌套，沒有可以彼此嵌套，沒有優(yōu)先級概念。請修改硬件，增添中斷優(yōu)先級判別電路，令優(yōu)先級概念。請修改硬件，增添中斷優(yōu)先級判別電路，令中斷源中斷源INT0INT0的優(yōu)先級比的優(yōu)先級比INT1INT1高，即高，即INT0INT0中斷可以在中斷可以在INT1INT1中中斷子程序中觸發(fā)，但是斷子程序中觸發(fā)，但是INT1INT1中斷不能

8、在中斷不能在INT0INT0中斷子程序中中斷子程序中觸發(fā)。觸發(fā)。（提示：請參考“2.3 比較器（仲裁器）實驗”，采用“菊花鏈”結(jié)構(gòu)設(shè)計中斷優(yōu)先級判別電路。注意：某一級中斷即使當(dāng)前不能執(zhí)行，中斷響應(yīng)也不能撤銷，必須掛起，等待優(yōu)先級高的中斷子程序結(jié)束后，繼續(xù)執(zhí)行。）上述優(yōu)先級電路的設(shè)計是固定不變的，但是我們可能需要上述優(yōu)先級電路的設(shè)計是固定不變的，但是我們可能需要調(diào)整中斷源的優(yōu)先級設(shè)計，假設(shè)要把上述中斷電路改成可調(diào)整中斷源的優(yōu)先級設(shè)計，假設(shè)要把上述中斷電路改成可變優(yōu)先級判別的的中斷電路，該怎么設(shè)計？變優(yōu)先級判別的的中斷電路，該怎么設(shè)計？ （提示：在嵌套中斷的CPU中，設(shè)置中斷屏蔽寄存器IMR (I

9、NT_MASK_REG)，寄存器IMR的每個位(bit)對應(yīng)固定的中斷源，該位置1表示屏蔽相應(yīng)的中斷源，置0表示中斷源允許中斷。在每個中斷源的中斷子程序入口處，采用特定的指令SETI配置IMR寄存器，中斷返回前則把IMR寄存器清零，取消所有中斷屏蔽。SETI指令不但可以配置中斷的優(yōu)先級，還可以在主程序中實現(xiàn)軟件禁止和重啟中斷的功能。值得注意的是，微程序版本CPU的微地址已經(jīng)用完，要改造電路，精簡尋址周期微指令，騰出微地址給SETI指令的微指令。）OP碼碼( I7 I6 I5 I4 )指令助記符指令助記符OP碼碼( I7 I6 I5 I4 )指令助記符指令助記符0111IRET1111OR/OR

10、I0110MOV1110AND/ANDI0101OUT/OUTA1101ADD/ADDI0100IN1100SUB/SUBI0011SET1011XOR/XORI0010SOP (INC/DEC/NOT/THR)1010SHT (RLC/ LLC/ RRC/ LRC)0001JMP/JMPR/Jx/JxR1001STO/PUSH0000NOP/HLT1000LAD/POP一、系統(tǒng)指令：一、系統(tǒng)指令：匯編語言匯編語言功能功能I7 I6 I5 I4 I3 I2I1 I0NOP;無操作（延時無操作（延時4個個T）00000/0 x/0HLT;停機(jī)（斷點）停機(jī)（斷點）00000/0 x/1IRET;中

11、斷返回中斷返回BP_PCPC；BP_PSWPSW01110/0 x/x匯編語言匯編語言注釋注釋I7 I6 I5 I4 I3 I2I1 I0MOV RA, RB;(RB)RA0110RARBSET RA, IMM;IMMRA0011RAx/xIMM二、二、寄存器及寄存器及I/O操作操作指令：指令：匯編語言匯編語言功能功能I7 I6 I5 I4 I3 I2I1 I0IN RA, PORTx;(PORTx)RA0100RAPORTxOUT RA, PORTx;(RA)PORTx0101RA0/PORTxOUTA RA, PORTx;(RA)PORTx0101RA1/PORTx匯編語言匯編語言功能功能

12、I7 I6 I5 I4I3 I2I1 I0LAD RA, ADDR;ADDRRA1000RA0/0ADDRPOP RA, RB;RBRA1000RARBSTO RA, ADDR;(RA)ADDR1001RA0/0ADDRPUSH RA, RB;(RA)RB1001RARB三、三、存儲器及堆棧操作指令存儲器及堆棧操作指令：匯編語言匯編語言功能功能I7 I6 I5 I4I3 I2I1 I0JMP ADDR;ADDRPC00010/00/0ADDRJMPR RB;(RB)PC00010/0RBJC ADDR;IF CF=1, ADDRPC00010/10/0ADDRJCR RB;IF CF=1, (

13、RB)PC00010/1RBJZ ADDR;IF ZF=1, ADDRPC00011/00/0ADDRJZR RB;IF ZF=1, (RB)PC00011/0RBJS ADDR;IF SF=1, ADDRPC00011/10/0ADDRJSR RB;IF SF=1, (RB)PC00011/1RB四、四、跳轉(zhuǎn)系列指跳轉(zhuǎn)系列指令：令：五、五、算術(shù)邏輯運算指令算術(shù)邏輯運算指令：匯編語言匯編語言功能功能I7 I6 I5 I4I3 I2 I1 I0RLC RA;(RA)右邏輯移位右邏輯移位1010RA0/0LLC RA;(RA)左邏輯移位左邏輯移位1010RA1/0RRC RA;(RA)右循環(huán)移位右

14、循環(huán)移位1010RA0/1LRC RA;(RA)左循環(huán)移位左循環(huán)移位1010RA1/1匯編語言匯編語言功能功能I7 I6 I5 I4I3 I2I1 I0INC RA;(RA)1RA0010RA0/0DEC RA;(RA)1RA0010RA0/1NOT RA;#(RA)RA0010RA1/0THR RA;(RA)RA0010RA1/1五、五、算術(shù)邏輯運算指令算術(shù)邏輯運算指令：匯編語言格式匯編語言格式功能功能I7 I6 I5 I4I3 I2I1 I0ADD RA, RB;(RA) (RB)RA1101RARBADDI RA, IMM; (RA) IMMRA 1101RA0/0IMMSUB RA, RB;(RA)(RB)RA1100RARBS