計(jì)算機(jī)組成原理中斷實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、北京建筑大學(xué)2021/2021 學(xué)年第二學(xué)期課程設(shè)計(jì)課程名稱計(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?.融合貫穿計(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)系存放器堆、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)試等根本 技能；提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)獨(dú)立分析

2、和解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)任務(wù)?基于TEC-9教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于原有指令集的根底上設(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)的根底上進(jìn)行原指令集的微指令編碼的測(cè)試，然后利用上端軟件，編寫用戶設(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、在原有指令集根底上自行設(shè)計(jì)或擴(kuò)展 48條指令。畫出擴(kuò)展指令的指令執(zhí)行流程圖；? 5、利用上端軟件，把所編寫的微程序控制器內(nèi)容寫入實(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

3、有錯(cuò)誤重新修改后再寫入控制器中。7、編寫一段測(cè)試程序，測(cè)試控制器運(yùn)行是否正確?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?融合貫穿計(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)系存放器堆、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)試等根本技能；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CPU組成與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)的電路圖，但本次實(shí)驗(yàn)參加中斷系統(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，有中斷屏蔽功能，

4、旨在說明最根本的原理。中斷屏蔽控制邏輯分別集成在 2片GAL22V10TIMER1和TIMER2中。其 ABEL語言表達(dá)式如下：INTR1 := INTR;INTR1.CLK = CLK1;IE := CLR & INTS # CLR & IE & !INTC;IE.CLK二 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 WW4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)行過程中從控制存儲(chǔ)器讀出的，INTC微指令位是INTC機(jī)器指令執(zhí)行過程中從控制存儲(chǔ)器讀出的。INTE

5、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)同步。INTR脈沖信號(hào)的上升沿代表有外部中斷請(qǐng)求

6、到達(dá)中斷控制器。INTQ是中斷屏蔽控制邏輯傳遞給 CPU的中斷信號(hào)，接到微程序控制器上。當(dāng)收到INTR脈沖信號(hào)時(shí)，假設(shè)中斷允許位INTECO，貝忡斷被屏蔽，INTQ仍然為0;假設(shè)INTE =1, 那么 INTQ =1o為保存中斷的斷點(diǎn)地址，以便中斷返回，設(shè)置了一個(gè)中斷地址存放器IARo第二節(jié)圖4中的IAR ( U19)就是這個(gè)中斷地址存放器，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 會(huì)輸出到數(shù)據(jù)總線 DBUS上。由于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只有一

7、個(gè)斷點(diǎn)存放器而無堆棧，因此僅 支持一級(jí)中斷而不支持多級(jí)中斷。中斷向量即中斷效勞程序的入口地址，在本實(shí)驗(yàn)儀中由8位數(shù)碼幵關(guān)SW SW0提供。3中斷的檢測(cè)、執(zhí)行和返回過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0F處(見圖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 果沒有INTQ,貝V繼續(xù)正常的機(jī)器指令執(zhí)行。假設(shè)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按鈕啟動(dòng)，機(jī)器將中斷向量讀入程序計(jì)數(shù)器PC中，從而轉(zhuǎn)到中斷效勞子程序去執(zhí)行。執(zhí)

8、行一條機(jī)器指令I(lǐng)RET,從中斷效勞子程序返回時(shí)，發(fā)出 IAR_BUS信號(hào)，從中 斷地址存放器IAR向數(shù)據(jù)總線DBUS俞出斷點(diǎn)地址，再?gòu)腄BU3依次寫入到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)(存放器堆中的存放器，進(jìn)位標(biāo)志C)的保存和恢復(fù)由中斷效勞程序來處理。?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 R0,R024HADD R0,R025HADD R0,R02

9、6HADD R0,R027HADD R0,R028HADD R0,R029HJMP R1中斷效勞程序:地址指令機(jī)器代碼OAOHAND RO,RO0A1HIRET2參考CPU組成與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，再加上中斷系統(tǒng)，完本錢次實(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)置通用存放器組和內(nèi)存相關(guān)單元的數(shù)據(jù)。其中，存放器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，直到返回主程序?yàn)橹?。列表記錄中斷系統(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

10、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20HINTSOBH21HLDA R0,R258H22HADD RO,ROOOH23HADD RO,ROOOH24HADD R0,R000H25HADD R0,R000H26HADD R0,R000H27HADD R0,R000H28HADD R0,R000H29HJMP R184H中斷效勞程序:地址指令機(jī)器代碼0A0HAND R0,R030H0A1HIRET0A0H微程序控制器與數(shù)據(jù)通路之間的線可以通過選擇開關(guān)直接選擇

11、。將開關(guān)設(shè)置為“微程序 接數(shù)據(jù)通路局部的線。2、接線。只需連a、數(shù)據(jù)通路的 LDIR 接 CER LDPC接 LDR4 LDDR接 LDDR2 M1 接 M2 LDAR1 接 LDAR2C單脈沖DMC接中斷INTRb、指令存放器IR的輸出IR0接雙端口存放器堆的 RD0 WR0 IR1接RD1 WR1 IR2 接 RSQ IR3 接 RS1。1、設(shè)置存放器R1、R2的值根據(jù)要求，設(shè)置R1 = 21H , R2的值由實(shí)驗(yàn)者自定，假定為 10H。1、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)處于存放器加載工作方式KLD按CLR膠

12、鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。1、在SW SW上設(shè)置一個(gè)存儲(chǔ)器地址，該存儲(chǔ)器地址供設(shè)置通用存放器使用。 該存儲(chǔ)器地址最好是不常用的一個(gè)地址，以免設(shè)置通用存放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寫入AR1和AR22 在SW SW上設(shè)置01H,作為通用存放器 R1的存放器號(hào)。按一次 QD按鈕，將01H寫入IR。3 在SW SW設(shè)置21H,按一次QD按鈕，將21H寫入IR指定的R1存放器。4 在SW SW上設(shè)置02H,作為通用存放器 R2的存放器號(hào)。按一次 QD按鈕， 將02H寫入IR。5 在SW SW設(shè)置10H,作為R2的值。按一次QD按鈕，將1

13、0H寫入IR指定的 R2存放器。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地址幵始存10個(gè) 機(jī)器代碼：0B0H,58H,00H,00H,00H,00H,00H, 00H,00H,84H。從 0A0H存入 2個(gè)機(jī)器代碼:30H,0A0H。1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=0,使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于寫雙端口存儲(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 SWC為10H,按QD按鈕，將10H寫入AR1。3置SW

14、SW0為01H,按QD按鈕，將01H寫入存儲(chǔ)器10H單元。寫主程序1按CLR按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)。2置SW SWC為20H,按QD按鈕，將20H寫入AR1。3置SW SW0為0B0H,按QD按鈕，將0B0H寫入存儲(chǔ)器20H單元。AR1自動(dòng)力口1,變?yōu)?1H。4置SW SWC為58H,按QD按鈕，將58H寫入存儲(chǔ)器21H單元。AR1自動(dòng)加1, 變?yōu)?2H。5重復(fù)進(jìn)行下去，一直到將 84H寫入存儲(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)。寫中斷程序1置SW SWC為0A0H，按QD按鈕，將0A0H寫入AR12置SW SW0為30H,按QD按鈕，將30H寫入存儲(chǔ)器0A0H單元

15、。3置SW SW0 0A0H按QD按鈕，將0A0H寫入存儲(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)?；蛴脤?shí)驗(yàn)臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)或系統(tǒng)上端軟件直接寫入內(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

16、中斷脈沖，請(qǐng)求中斷。中斷后硬件自動(dòng)將中斷地DP由置0改為置1。按址存入中斷地址存放器IAR。微程序地址應(yīng)為25H。4置SW SWC為0A0H 這是中斷程序的入口地址。將次QD按鈕，將0A0H送入程序計(jì)數(shù)器PG微程序地址應(yīng)為26H。5 按一次QD按鈕，進(jìn)行取指微操作。微程序地址應(yīng)為05H。6 按一次QD按鈕，進(jìn)行置數(shù)微操作。微程序地址應(yīng)為13H。7 按一次QD按鈕，進(jìn)行R0 & R0操作，這時(shí)微程序地址應(yīng)為 38H。觀察DBUS總 線的值，即為R0的值。8 按一次QD按鈕，進(jìn)行寫回微操作。微程序地址應(yīng)為34H。9按一次QD按鈕，進(jìn)行判定有無中斷請(qǐng)求 INTQ微操作。微程序地址應(yīng)為 0FH10按一

17、次QD按鈕，進(jìn)行取指微操作。微程序地址應(yīng)為05H。11 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05H。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)前指令CM4CM3CM2

18、CM1CM0LDA R0 , R207H10H00H81H20H05H05H10H00H04H91H10H15H10H01H04H00H36H36H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHLDA R1 , R307H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H15H10H01H04H00H36H36H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHADD R0 , R107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H10H10H20H00H00H3BH3BH14H82H20H00H34H34H00H12H

19、00H00H0FHJC +507H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H19H10H00H00H00H0FHAND R2 , R307H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H13H10H20H00H00H38H38H0DH82H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHSUB R3, R207H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H11H10H20H00H00H3AH3AH03H02H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHSTA R3, R207H10H00H04H00H05H05H

20、10H00H04H91H10H14H10H21H04H00H35H35H10H06H00H00H0FHSTP07H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H16H30H00H00H00H0FHJMP R107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H18H10H01H01H20H0FHINTS00H30H00H02H08H26H07H10H00H81H20H05H05H10H00H04H91H10H1AH10H20H00H00H3AH3AH03H02H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHIRET07H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H1BH10H00H41H20H0FH2.拓展控制器信號(hào)表指令CM4CM3CM2CM1CM0XOR R