TEC-8CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行

CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行一、實(shí)驗(yàn)類(lèi)型

原理性+分析性+設(shè)計(jì)性二、實(shí)驗(yàn)?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(hào)線(xiàn)連接，構(gòu)成一臺(tái)能運(yùn)行測(cè)試程序的CPU。⑵執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，掌握機(jī)器指令與微指令的關(guān)系。⑶理解計(jì)算機(jī)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(dòng)取出下一條指令并執(zhí)行，牢固建立的計(jì)算機(jī)整機(jī)概念。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

1CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TEC-8實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)TDS1001數(shù)字存儲(chǔ)示波器1臺(tái)UT60A數(shù)字萬(wàn)用表1塊邏輯測(cè)試筆（在TEC-8實(shí)驗(yàn)臺(tái)上）1支四、實(shí)驗(yàn)電路TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

2TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

3TEC-8模型計(jì)算機(jī)框圖TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

4名稱(chēng)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(wú)條件轉(zhuǎn)移JMP[Rd]PC←Rd1001RdXX輸出OUTRsDBUS←Rs1010XXRs中斷返回IRET返回?cái)帱c(diǎn)1011XXXX關(guān)中斷DI禁止中斷1100XXXX開(kāi)中斷EI允許中斷1101XXXX停機(jī)STP暫停運(yùn)行1110XXXX微程序控制器實(shí)驗(yàn)TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

5操作模式實(shí)驗(yàn)功能備注000啟動(dòng)程序運(yùn)行001寫(xiě)存儲(chǔ)器010讀存儲(chǔ)器011讀寄存器100寫(xiě)寄存器101運(yùn)算器組成實(shí)驗(yàn)110雙端口存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)111數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行時(shí)序發(fā)生器、通用寄存器組、算術(shù)邏輯運(yùn)算部件、存儲(chǔ)器、微程序控制器等模塊組合在一起，構(gòu)成一臺(tái)能夠運(yùn)行程序的簡(jiǎn)單處理機(jī)。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(guò)程，從存儲(chǔ)器取出一條指令到執(zhí)行指令結(jié)束的一個(gè)指令周期，是由微程序完成的，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序序列。

在本實(shí)驗(yàn)中，程序裝入到存儲(chǔ)器中和給寄存器置初值是在控制臺(tái)方式下手工完成的，程序執(zhí)行的結(jié)果也需要用控制臺(tái)操作來(lái)檢查。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

6CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行⑴寫(xiě)存儲(chǔ)器寫(xiě)存儲(chǔ)器操作用于向存儲(chǔ)器中寫(xiě)測(cè)試程序和數(shù)據(jù)。⑵讀存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)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(xiě)入到存儲(chǔ)器中。⑶寫(xiě)寄存器寫(xiě)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(dòng)程序運(yùn)行TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

7CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1、將程序手工匯編成二進(jìn)制機(jī)器代碼并裝入存儲(chǔ)器。2、通過(guò)簡(jiǎn)單的連線(xiàn)構(gòu)成能夠運(yùn)行程序的模型計(jì)算機(jī)。將程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器，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(yùn)行一遍，用連續(xù)方式運(yùn)行一遍。用實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作檢查程序運(yùn)行結(jié)果。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

8CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行地址指令機(jī)器碼地址指令機(jī)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(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

9微程序控制器實(shí)驗(yàn)TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室10微程序控制器實(shí)驗(yàn)TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室11微程序控制器實(shí)驗(yàn)TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室12CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行六、實(shí)驗(yàn)步驟將控制器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到微程序位置，將編程開(kāi)關(guān)設(shè)置為正常位置。將信號(hào)IR4-I、IR5-I、IR6-I、IR7-I、C-I、Z-I依次通過(guò)接線(xiàn)孔與信號(hào)IR4-O、IR5-O、IR6-O、IR7-O、C-O、Z-O連接。使TEC-8模型計(jì)算機(jī)成為能夠運(yùn)行程序的整機(jī)系統(tǒng)。打開(kāi)電源。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

13CPU組成與機(jī)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(guò)寫(xiě)存儲(chǔ)器操作將程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器。⑵通過(guò)讀操作將程序逐條讀出，檢查程序是否正確寫(xiě)入了存儲(chǔ)器。⑶通過(guò)寫(xiě)寄存器操作設(shè)置寄存器R2為18H、R3為10H。⑷通過(guò)讀寄存器操作檢查設(shè)置是否正確。⑸將單拍開(kāi)關(guān)DP設(shè)置為1，使程序在單微指令下運(yùn)行。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

14CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行⑹按復(fù)位按鈕CLR，復(fù)位程序計(jì)數(shù)器PC為00H。將模式開(kāi)關(guān)設(shè)置為SWC=0、SWB=0、SWA=0，準(zhǔn)備進(jìn)入程序運(yùn)行模式。⑺按一次QD按鈕，進(jìn)入程序運(yùn)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(guò)程中，記錄下列信號(hào)的值：PC7~PC0、AR7~AR0、μA5~μA0、IR7~IR0、A7~A0、B7~B0和D7~D0。⑻通過(guò)讀寄存器操作檢查4個(gè)寄存器的值并記錄。⑼通過(guò)讀存儲(chǔ)器操作檢查存儲(chǔ)單元18H、19H的值并記錄。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

15CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行2.在連續(xù)方式下運(yùn)行程序由于單拍方式下運(yùn)行程序并沒(méi)有改變存儲(chǔ)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(kāi)關(guān)DP設(shè)置為0，按復(fù)位按鈕CLR后，將模式開(kāi)關(guān)設(shè)置為SWC=0、SWB=0、SWA=0，準(zhǔn)備進(jìn)入程序運(yùn)行模式。按一次QD按鈕，程序自動(dòng)運(yùn)行到STP指令。通過(guò)讀寄存器操作檢查4個(gè)寄存器的值并記錄。通過(guò)讀存儲(chǔ)器操作檢查存儲(chǔ)單元18H、19H的值并記錄TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

16CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行七、實(shí)驗(yàn)要求1．認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)，在預(yù)習(xí)時(shí)將程序匯編成機(jī)器十六進(jìn)制代碼。2．寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容是：⑴實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。⑵程序匯編成十六進(jìn)制機(jī)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(gè)寄存器的值、存儲(chǔ)器18H、19H單元的值。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

17CPU組成與機(jī)器指令的執(zhí)行八、可探索和研究的問(wèn)題如果需要全面測(cè)試TEC-8模型計(jì)算機(jī)的功能，需要什么樣的測(cè)試程序？請(qǐng)寫(xiě)出測(cè)試程序，并利用測(cè)試程序?qū)EC-8模型計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)試。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

18中斷原理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)類(lèi)型

原理性+分析性二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑艔挠布?、軟件結(jié)合的角度，模擬單級(jí)中斷和中斷返回的過(guò)程；⑵通過(guò)簡(jiǎn)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(jī)性。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

19中斷原理實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TEC-8實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)TDS1001數(shù)字存儲(chǔ)示波器1臺(tái)UT60A數(shù)字萬(wàn)用表1塊邏輯測(cè)試筆（在TEC-8實(shí)驗(yàn)臺(tái)上）1支四、實(shí)驗(yàn)電路TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

20中斷原理實(shí)驗(yàn)TEC-8模型計(jì)算機(jī)中有一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)中斷系統(tǒng)，只支持單級(jí)中斷、單個(gè)中斷請(qǐng)求，有中斷屏蔽功能，旨在說(shuō)明最基本的工作原理。TEC-8模型計(jì)算機(jī)中有2條指令用于允許和屏蔽中斷。EI指令稱(chēng)作開(kāi)中斷指令，此條指令執(zhí)行后，TEC-8響應(yīng)中斷。DI指令稱(chēng)作關(guān)中斷指令。此條指令執(zhí)行后，即使發(fā)生中斷請(qǐng)求，TEC-8也不響應(yīng)中斷請(qǐng)求。按下PULSE按鈕產(chǎn)生高電平有效的中斷請(qǐng)求脈沖信號(hào)。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

21中斷原理實(shí)驗(yàn)為保存中斷斷點(diǎn)的地址，以便程序被中斷后能夠返回到原來(lái)的地址繼續(xù)執(zhí)行，設(shè)置了一個(gè)中斷地址寄存器IAR，當(dāng)信號(hào)LIAR為1時(shí)，在T3的上升沿，將PC保存在IAR中。當(dāng)信號(hào)IABUS為1時(shí)，IABUS中保存的PC送數(shù)據(jù)總線(xiàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中由數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)SD7~SD0提供。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

22TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

23TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

24名稱(chēng)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(wú)條件轉(zhuǎn)移JMP[Rd]PC←Rd1001RdXX輸出OUTRsDBUS←Rs1010XXRs中斷返回IRET返回?cái)帱c(diǎn)1011XXXX關(guān)中斷DI禁止中斷1100XXXX開(kāi)中斷EI允許中斷1101XXXX停機(jī)STP暫停運(yùn)行1110XXXXTEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室25TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室26TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室27中斷原理實(shí)驗(yàn)五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．了解中斷每個(gè)信號(hào)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(jìn)制機(jī)器代碼。此項(xiàng)任務(wù)在預(yù)習(xí)中完成。2．將TEC-8連接成一個(gè)完整的模型計(jì)算機(jī)。3．將主程序和中斷服務(wù)程序裝入存儲(chǔ)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(hào)的變化情況。特別記錄好斷點(diǎn)和R0的值。4．將存儲(chǔ)器00H中的EI指令改為DI，重新運(yùn)行程序，記錄發(fā)生的現(xiàn)象。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

28中斷原理實(shí)驗(yàn)六、實(shí)驗(yàn)步驟將控制器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到微程序位置，將編程開(kāi)關(guān)設(shè)置為正常位置。將信號(hào)IR4-I/O、IR5-I/O、IR6-I/O、IR7-I/O、C-I/O、

Z-I/O依次通過(guò)接線(xiàn)孔連接。使TEC-8模型計(jì)算機(jī)成為能夠運(yùn)行程序的整機(jī)系統(tǒng)。打開(kāi)電源。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

29中斷原理實(shí)驗(yàn)2．通過(guò)控制臺(tái)寫(xiě)存儲(chǔ)器操作，將主程序和中斷服務(wù)程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器。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(yùn)行方式(DP=0)，使模型計(jì)算機(jī)復(fù)位。按QD按鈕，啟動(dòng)程序開(kāi)始執(zhí)行。⑵按一次PULSE按鈕，產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)PULSE，中斷主程序的運(yùn)行。記錄斷點(diǎn)PC、R0的值。TEC-8北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

30中斷原理實(shí)驗(yàn)⑶DP設(shè)置為單拍方式(DP=1)，在數(shù)據(jù)開(kāi)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(diǎn)為止。4．將存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

31中斷原理實(shí)驗(yàn)主程序地址指令機(jī)器碼00HEI01HINC

R002HINCR0

03HINC

R004H