TEC-8CPU組成與機器指令的執(zhí)行

CPU組成與機器指令的執(zhí)行一、實驗類型

原理性+分析性+設(shè)計性二、實驗?zāi)康蘑庞梦⒊绦蚩刂破骺刂茢?shù)據(jù)通路，將相應(yīng)的信號線連接，構(gòu)成一臺能運行測試程序的CPU。⑵執(zhí)行一個簡單的程序，掌握機器指令與微指令的關(guān)系。⑶理解計算機如何取出指令、如何執(zhí)行指令、如何在一條指令執(zhí)行結(jié)束后自動取出下一條指令并執(zhí)行，牢固建立的計算機整機概念。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

1CPU組成與機器指令的執(zhí)行三、實驗設(shè)備TEC-8實驗系統(tǒng)1臺TDS1001數(shù)字存儲示波器1臺UT60A數(shù)字萬用表1塊邏輯測試筆（在TEC-8實驗臺上）1支四、實驗電路TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

2TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

3TEC-8模型計算機框圖TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

4名稱助記符功能指令格式IR(7-4)IR(3-2)IR(1-0)加法ADDRd,RsRd←Rd+Rs0001RdRs減法SUBRd,RsRd←Rd-Rs0010RdRs邏輯與ANDRd,RsRd←RdandRs0011RdRs加1INCRdRd←Rd+10100RdXX取數(shù)LDRd,[Rs]Rd←[Rs]0101RdRs存數(shù)STRs,[Rd]Rs→[Rd]0110RdRsC條件轉(zhuǎn)移JCaddrC=1，則PC←@+offset0111offsetZ條件轉(zhuǎn)移JZaddrZ=1，則PC←@+offset1000offset無條件轉(zhuǎn)移JMP[Rd]PC←Rd1001RdXX輸出OUTRsDBUS←Rs1010XXRs中斷返回IRET返回斷點1011XXXX關(guān)中斷DI禁止中斷1100XXXX開中斷EI允許中斷1101XXXX停機STP暫停運行1110XXXX微程序控制器實驗TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

5操作模式實驗功能備注000啟動程序運行001寫存儲器010讀存儲器011讀寄存器100寫寄存器101運算器組成實驗110雙端口存儲器實驗111數(shù)據(jù)通路實驗CPU組成與機器指令的執(zhí)行時序發(fā)生器、通用寄存器組、算術(shù)邏輯運算部件、存儲器、微程序控制器等模塊組合在一起，構(gòu)成一臺能夠運行程序的簡單處理機。數(shù)據(jù)通路的控制由微程序控制器完成，由微程序解釋指令的執(zhí)行過程，從存儲器取出一條指令到執(zhí)行指令結(jié)束的一個指令周期，是由微程序完成的，即一條機器指令對應(yīng)一個微程序序列。

在本實驗中，程序裝入到存儲器中和給寄存器置初值是在控制臺方式下手工完成的，程序執(zhí)行的結(jié)果也需要用控制臺操作來檢查。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

6CPU組成與機器指令的執(zhí)行⑴寫存儲器寫存儲器操作用于向存儲器中寫測試程序和數(shù)據(jù)。⑵讀存儲器讀存儲器操作用于檢查程序的執(zhí)行結(jié)果和檢查程序是否正確寫入到存儲器中。⑶寫寄存器寫寄存器操作用于給各通用寄存器置初值。⑷讀寄存器讀寄存器用于檢查程序執(zhí)行的結(jié)果。⑸啟動程序運行TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

7CPU組成與機器指令的執(zhí)行五、實驗任務(wù)1、將程序手工匯編成二進制機器代碼并裝入存儲器。2、通過簡單的連線構(gòu)成能夠運行程序的模型計算機。將程序?qū)懭氪鎯ζ?，并且給寄存器R2、R3置初值，R2=18H，R3=10H。跟蹤執(zhí)行程序，用單拍方式運行一遍，用連續(xù)方式運行一遍。用實驗臺操作檢查程序運行結(jié)果。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

8CPU組成與機器指令的執(zhí)行地址指令機器碼地址指令機器碼00HLDR0，[R3]0AHINCR201HINCR30BHSTR2,[R2]02HLDR1,[R3]0CHANDR0,R103HSUBR0,R10DHOUTR204HJZ0BH0EHSTOP05HSTR0,[R2]0FH06HINCR310H85H(0A7H)07HLDR0，[R3]11H23H(83H)08HADDR0，R112H0EFH(24H)09HJC0CHTEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

9微程序控制器實驗TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室10微程序控制器實驗TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室11微程序控制器實驗TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室12CPU組成與機器指令的執(zhí)行六、實驗步驟將控制器轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到微程序位置，將編程開關(guān)設(shè)置為正常位置。將信號IR4-I、IR5-I、IR6-I、IR7-I、C-I、Z-I依次通過接線孔與信號IR4-O、IR5-O、IR6-O、IR7-O、C-O、Z-O連接。使TEC-8模型計算機成為能夠運行程序的整機系統(tǒng)。打開電源。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

13CPU組成與機器指令的執(zhí)行1.在單拍方式下跟蹤程序的執(zhí)行⑴通過寫存儲器操作將程序?qū)懭氪鎯ζ?。⑵通過讀操作將程序逐條讀出，檢查程序是否正確寫入了存儲器。⑶通過寫寄存器操作設(shè)置寄存器R2為18H、R3為10H。⑷通過讀寄存器操作檢查設(shè)置是否正確。⑸將單拍開關(guān)DP設(shè)置為1，使程序在單微指令下運行。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

14CPU組成與機器指令的執(zhí)行⑹按復(fù)位按鈕CLR，復(fù)位程序計數(shù)器PC為00H。將模式開關(guān)設(shè)置為SWC=0、SWB=0、SWA=0，準(zhǔn)備進入程序運行模式。⑺按一次QD按鈕，進入程序運行。每按一次QD按鈕，執(zhí)行一條微指令，直到程序結(jié)束。在程序執(zhí)行過程中，記錄下列信號的值：PC7~PC0、AR7~AR0、μA5~μA0、IR7~IR0、A7~A0、B7~B0和D7~D0。⑻通過讀寄存器操作檢查4個寄存器的值并記錄。⑼通過讀存儲器操作檢查存儲單元18H、19H的值并記錄。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

15CPU組成與機器指令的執(zhí)行2.在連續(xù)方式下運行程序由于單拍方式下運行程序并沒有改變存儲器中的程序。因此只要重新設(shè)置R2為12H、R3為0FH。然后將單拍開關(guān)DP設(shè)置為0，按復(fù)位按鈕CLR后，將模式開關(guān)設(shè)置為SWC=0、SWB=0、SWA=0，準(zhǔn)備進入程序運行模式。按一次QD按鈕，程序自動運行到STP指令。通過讀寄存器操作檢查4個寄存器的值并記錄。通過讀存儲器操作檢查存儲單元18H、19H的值并記錄TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

16CPU組成與機器指令的執(zhí)行七、實驗要求1．認真做好實驗的預(yù)習(xí)，在預(yù)習(xí)時將程序匯編成機器十六進制代碼。2．寫出實驗報告，內(nèi)容是：⑴實驗?zāi)康摹＂瞥绦騾R編成十六進制機器代碼。⑶單拍方式下指令執(zhí)行結(jié)果指令執(zhí)行跟蹤結(jié)果。⑷單拍方式和連續(xù)方式程序執(zhí)行后4個寄存器的值、存儲器18H、19H單元的值。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

17CPU組成與機器指令的執(zhí)行八、可探索和研究的問題如果需要全面測試TEC-8模型計算機的功能，需要什么樣的測試程序？請寫出測試程序，并利用測試程序?qū)EC-8模型計算機進行測試。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

18中斷原理實驗一、實驗類型

原理性+分析性二、實驗?zāi)康蘑艔挠布?、軟件結(jié)合的角度，模擬單級中斷和中斷返回的過程；⑵通過簡單的中斷系統(tǒng)，掌握中斷控制器、中斷向量、中斷屏蔽等概念；⑶了解微程序控制器與中斷控制器協(xié)調(diào)的基本原理；⑷掌握中斷子程序和一般子程序的本質(zhì)區(qū)別，掌握中斷的突發(fā)性和隨機性。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

19中斷原理實驗三、實驗設(shè)備TEC-8實驗系統(tǒng)1臺TDS1001數(shù)字存儲示波器1臺UT60A數(shù)字萬用表1塊邏輯測試筆（在TEC-8實驗臺上）1支四、實驗電路TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

20中斷原理實驗TEC-8模型計算機中有一個簡單的單級中斷系統(tǒng)，只支持單級中斷、單個中斷請求，有中斷屏蔽功能，旨在說明最基本的工作原理。TEC-8模型計算機中有2條指令用于允許和屏蔽中斷。EI指令稱作開中斷指令，此條指令執(zhí)行后，TEC-8響應(yīng)中斷。DI指令稱作關(guān)中斷指令。此條指令執(zhí)行后，即使發(fā)生中斷請求，TEC-8也不響應(yīng)中斷請求。按下PULSE按鈕產(chǎn)生高電平有效的中斷請求脈沖信號。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

21中斷原理實驗為保存中斷斷點的地址，以便程序被中斷后能夠返回到原來的地址繼續(xù)執(zhí)行，設(shè)置了一個中斷地址寄存器IAR，當(dāng)信號LIAR為1時，在T3的上升沿，將PC保存在IAR中。當(dāng)信號IABUS為1時，IABUS中保存的PC送數(shù)據(jù)總線DBUS，指示燈顯示出中斷地址。中斷向量即中斷服務(wù)程序的入口地址，本實驗系統(tǒng)中由數(shù)據(jù)開關(guān)SD7~SD0提供。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

22TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

23TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

24名稱助記符功能指令格式IR(7-4)IR(3-2)IR(1-0)加法ADDRd,RsRd←Rd+Rs0001RdRs減法SUBRd,RsRd←Rd-Rs0010RdRs邏輯與ANDRd,RsRd←RdandRs0011RdRs加1INCRdRd←Rd+10100RdXX取數(shù)LDRd,[Rs]Rd←[Rs]0101RdRs存數(shù)STRs,[Rd]Rs→[Rd]0110RdRsC條件轉(zhuǎn)移JCaddrC=1，則PC←@+offset0111offsetZ條件轉(zhuǎn)移JZaddrZ=1，則PC←@+offset1000offset無條件轉(zhuǎn)移JMP[Rd]PC←Rd1001RdXX輸出OUTRsDBUS←Rs1010XXRs中斷返回IRET返回斷點1011XXXX關(guān)中斷DI禁止中斷1100XXXX開中斷EI允許中斷1101XXXX停機STP暫停運行1110XXXXTEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室25TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室26TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室27中斷原理實驗五、實驗任務(wù)1．了解中斷每個信號的意義和變化條件，將主程序和中斷服務(wù)程序手工匯編成十六進制機器代碼。此項任務(wù)在預(yù)習(xí)中完成。2．將TEC-8連接成一個完整的模型計算機。3．將主程序和中斷服務(wù)程序裝入存儲器，執(zhí)行3遍主程序和中斷服務(wù)程序。列表記錄中斷有關(guān)信號的變化情況。特別記錄好斷點和R0的值。4．將存儲器00H中的EI指令改為DI，重新運行程序，記錄發(fā)生的現(xiàn)象。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

28中斷原理實驗六、實驗步驟將控制器轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到微程序位置，將編程開關(guān)設(shè)置為正常位置。將信號IR4-I/O、IR5-I/O、IR6-I/O、IR7-I/O、C-I/O、

Z-I/O依次通過接線孔連接。使TEC-8模型計算機成為能夠運行程序的整機系統(tǒng)。打開電源。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

29中斷原理實驗2．通過控制臺寫存儲器操作，將主程序和中斷服務(wù)程序?qū)懭氪鎯ζ?。為了保證此程序能夠循環(huán)執(zhí)行，應(yīng)當(dāng)將R1預(yù)先設(shè)置為01H。R0的初值設(shè)置為00H。3．執(zhí)行3遍主程序和中斷子程序⑴DP設(shè)置為連續(xù)運行方式(DP=0)，使模型計算機復(fù)位。按QD按鈕，啟動程序開始執(zhí)行。⑵按一次PULSE按鈕，產(chǎn)生一個中斷請求信號PULSE，中斷主程序的運行。記錄斷點PC、R0的值。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

30中斷原理實驗⑶DP設(shè)置為單拍方式(DP=1)，在數(shù)據(jù)開關(guān)上設(shè)置中斷服務(wù)程序的入口地址45H。按QD按鈕，一步步執(zhí)行中斷服務(wù)程序，直到返回到斷點為止。4．將存儲器00H的指令改為DI，按照步驟3，重做一遍，記錄發(fā)生的現(xiàn)象。TEC-8北京郵電大學(xué)計算機學(xué)院實驗中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗室

31中斷原理實驗主程序地址指令機器碼00HEI01HINC

R002HINCR0

03HINC

R004H