計算機(jī)組成原理中斷試驗報告

1、北京建筑大學(xué)2022/2022學(xué)年第二學(xué)期課程設(shè)計課程名稱計算機(jī)組成原理綜合實驗設(shè)計題目微程序限制器設(shè)計與實現(xiàn)系別電信學(xué)院計算機(jī)系班級計141學(xué)生姓名艾尼瓦爾阿布力米提學(xué)號完成日期二.一六年七月八日星期五成績指導(dǎo)教師簽名計算機(jī)組成綜合實驗任務(wù)書指導(dǎo)教師姓名王懷秀系計算機(jī)任務(wù)微程序限制器的設(shè)計與實現(xiàn)人數(shù)32學(xué)時1周實驗?zāi)康? .融合貫穿計算機(jī)組成原理課程,加深對計算機(jī)系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系存放器堆、運算器、存儲器、限制臺、微程序限制器2 .理解并掌握微程序限制器的設(shè)計方法和實現(xiàn)原理,具備初步的獨立設(shè)計水平；3,掌握較復(fù)雜微程序限制器的設(shè)計、調(diào)試等根本技能；提高綜合運用所學(xué)理論知識獨立分析

2、和解決問題的水平.實驗任務(wù)?基于TEC-9教學(xué)實驗平臺基于原有指令集的根底上設(shè)計或擴(kuò)展48條指令.首先在原微程序限制器指令系統(tǒng)的根底上進(jìn)行原指令集的微指令編碼的測試,然后利用上端軟件,編寫用戶設(shè)計的微指令,實現(xiàn)指令預(yù)定的功能.實驗步驟?1、進(jìn)行原實驗平臺指令集的微程序限制器下指令運行測試；?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,把所編寫的微程序限制器內(nèi)容寫入實驗臺中限制器中.?6、利用單拍測試限制器與編程的要求是否一致.如果有錯誤重新修改

3、后再寫入限制器中.7、編寫一段測試程序,測試限制器運行是否正確.實驗?zāi)康? .融合貫穿計算機(jī)組成原理課程,加深對計算機(jī)系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系存放器堆、運算器、存儲器、限制臺、微程序限制器.2.理解并掌握微程序限制器的設(shè)計方法和實現(xiàn)原理,具備初步的獨立設(shè)計水平；3.掌握較復(fù)雜微程序限制器的設(shè)計、調(diào)試等根本技能；提升綜合運用所學(xué)理論知識獨立分析和解決問題的水平.實驗電路1,微指令格式與微程序限制器電路2,微程序限制器組成仍然使用前面的cpirn成與機(jī)器指令執(zhí)行實驗的電路圖,但本次實驗參加中斷系統(tǒng).這是一個簡單的中斷系統(tǒng)模型,只支持單級中斷、單個中斷請求,有中斷屏蔽功能,旨在說明最根本的原理

4、.中斷屏蔽限制邏輯分別集成在2片GAL22V10TIMER1和TIMER2中.其ABEL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)生的時鐘信號,它主要是作為WW4的時鐘脈沖,這里作為INTR1的時鐘信號,INTE的時鐘信號是晶振產(chǎn)生的MFINTS微指令位是INTS機(jī)器指令執(zhí)行過程中從限制存儲器讀出的,INTC微指令位是INTC機(jī)器指令執(zhí)行過程中從限制存儲器讀出的.INTE是中斷允許標(biāo)志,限制臺有一個指示燈IE

5、顯示其狀態(tài),它為1時,允許中斷,為0時,禁止中斷.當(dāng)INTS=1時,在下一個MF的上升沿IE變1,當(dāng)INTC=1時,在下一個MF的上升沿IE變0.CLR信號實際是限制臺產(chǎn)生的復(fù)位信號CLR#當(dāng)CLR=0時,在下一個CLK1的上升沿IE變0.當(dāng)CLR=1且INTS=0且INTC=0時,IE保持不變.INTR是外部中斷源,接限制臺按鈕INTR.按一次INTR按鈕,產(chǎn)生一個中斷請求正脈沖INTR.INTR1是INTR經(jīng)時鐘CLK1同步后產(chǎn)生的,目的是保持INTR1與實驗臺的時序信號同步.INTR脈沖信號的上升沿代表有外部中斷請求到達(dá)中斷限制器.INTQ是中斷屏蔽控制邏輯傳遞給CPU勺中斷信號,接到微

6、程序限制器上.當(dāng)收到INTR脈沖信號時,假設(shè)中斷允許位INTE=0,那么中斷被屏蔽,INTQ仍然為0;假設(shè)INTE=1,那么INTQ=1.為保存中斷的斷點地址,以便中斷返回,設(shè)置了一個中斷地址存放器IAR.第二節(jié)圖4中的IAR(U1吩就是這個中斷地址存放器,它是一片74HC374有LDIAR和IAR_BUS炳個信號輸入端,均連接至微程序限制器.LDIAR信號的上升沿到達(dá)時,來自程序計數(shù)器PC的地址會置入IAR中.IAR_BUS的0時,保存在IAR中的斷點地址會輸出到數(shù)據(jù)總線DBUSt.由于本實驗系統(tǒng)只有一個斷點存放器而無堆棧,因此僅支持一級中斷而不支持多級中斷.中斷向量即中斷效勞程序的入口地址

7、,在本實驗儀中由8位數(shù)碼開關(guān)SWSW提供.3.中斷的檢測、執(zhí)行和返回過程微程序限制器每執(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時判斷是否有中斷請求INTQ.如果沒有INTQ,那么繼續(xù)正常的機(jī)器指令執(zhí)行.假設(shè)檢測到中斷請求INTQ,首先發(fā)出關(guān)中斷信號INTC、保存斷點信號LDIAR并且發(fā)出停機(jī)信號TJ,等待手動設(shè)置中斷向量.設(shè)置好SWASW0后,按QD鈕啟動,機(jī)器將中斷向量讀入程序計數(shù)器PC中,從而轉(zhuǎn)到中斷效勞子程序去執(zhí)行.執(zhí)行一條機(jī)器指令I(lǐng)RET,從中斷效勞子程序返回時,發(fā)出IAR_BUS信號,從中斷地址存放器IAR向數(shù)據(jù)總線DBU

8、S俞出斷點地址,再從DBUSR次寫入到R4PC中,恢復(fù)執(zhí)行被中斷的程序.發(fā)生中斷時,關(guān)中斷由硬件負(fù)責(zé),而中斷現(xiàn)場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.實驗任務(wù)1了解中斷系統(tǒng)中每個信號的意義和變化條件,并將下面的主程序和中斷效勞程序手工匯編成十六進(jìn)制機(jī)器代碼,此項任務(wù)應(yīng)在預(yù)習(xí)時完成.主程序：地址指令機(jī)器代碼20HINTS21HLDAR0,R222HADDR0,R023HADDR0,R024HADDR0,R025HADDR0,R026HADDR0,R027HADDR0,R028HADDR0,R029HJMPR1中斷效勞程序:地址指令機(jī)器代碼0A0HANDR0,R00A1H

9、IRET(2)參考CPUS成與機(jī)器指令執(zhí)行實驗,再加上中斷系統(tǒng),完本錢次實驗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,在程序運行中,按一次限制臺的INTR進(jìn)入中斷后,用單拍(D?方式執(zhí)行,直到返回主程序為止.列表記錄中斷系統(tǒng)中有關(guān)信號的變化情況,特別要紀(jì)錄好斷點地址和R0的值.(5)重復(fù)執(zhí)行(4)兩次.(一共執(zhí)行3次)(6)將RAW20H單元的內(nèi)容由指令I(lǐng)NTS改為INTC,重彳(4),記錄發(fā)生的現(xiàn)象.六、實驗步驟和實驗

10、結(jié)果1、實驗程序主程序:地址指令機(jī)器代碼20HINTS0BH21HLDAR0,R258H22HADDR0,R000H23HADDR0,R000H24HADDR0,R000H25HADDR0,R000H26HADDR0,R000H27HADDR0,R000H28HADDR0,R000H29HJMPR184H中斷效勞程序:地址指令機(jī)器代碼0A0HANDR0,R030H0A1HIRET0A0H2、接線微程序限制器與數(shù)據(jù)通路之間的線可以通過選擇開關(guān)直接選擇.將開關(guān)設(shè)置為“微程序.只需連接數(shù)據(jù)通路局部的線.a、數(shù)據(jù)通路的LDIR接CERLDPOLDR4LDDR假LDDR2M1接M2LDAR1接LDAR2

11、b、指令存放器IR的輸出IR0接雙端口存放器堆的RD0WR0IR1接RD1WR1IR2接RS0IR3接RStC、單月沖DMC接中斷INTR選擇開關(guān)拔至“微程序3、存程序機(jī)器代碼,設(shè)置通用存放器R1、R2及內(nèi)存相關(guān)單元的數(shù)據(jù)1、設(shè)置存放器R1、R2的值根據(jù)要求,設(shè)置R1=21H,R2的值由實驗者自定,假定為10Ho1、令DP=0,DB=0,DZ=0,使實驗系統(tǒng)處于連續(xù)運行狀態(tài).令SWB=1,SWA=1使實驗系統(tǒng)處于存放器加載工作方式KLD按CLR骸鈕,使實驗系統(tǒng)處于初始狀態(tài).1、在SWASWdh設(shè)置一個存儲器地址,該存儲器地址供設(shè)置通用存放器使用.該存儲器地址最好是不常用的一個地址,以免設(shè)置通用

12、存放器操作破壞重要的存儲器單元的內(nèi)容.例如可將該地址設(shè)置為0FFH按一次Q或鈕,將0FFH寫入AR1和AR22在SWSW0上設(shè)置01H,作為通用存放器R1的存放器號.按一次QD按鈕,將01H寫入IR.3在SW戶SW吸置21H,按一次QDe鈕,將21H寫入IR指定的R1存放器.4在SWASW0上設(shè)置02H,作為通用存放器R2的存放器號.按一次QD按鈕,將02H寫入IR.5在SWASW吸置10H,作為R2的值.按一次QD鈕,將10H寫入IR指定的R2存放器.6設(shè)置R1、R2結(jié)束,按CLR松鈕,使實驗系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài).2、存程序機(jī)器代碼.本操作中,我們在10H單元存入01H也可以是其他值,從20地

13、址開始存10個機(jī)器代碼：0B0H58H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,84Ho從0A0H存入2個機(jī)器代碼:30H,0A0H.1令DP=0,DB=0,DZ=0,使實驗系統(tǒng)處于連續(xù)運行狀態(tài).令SWB=1,SWA=0,使實驗系統(tǒng)處于寫雙端口存儲器工作方式KWRD按CLR般鈕,使實驗系統(tǒng)處于初始狀態(tài).2置SWSWCfc10H,按QDe鈕,將10H寫入ARt3置SW戶SW0為01H,按QDft鈕,將01H寫入存儲器10H單元.寫主程序1按CLR教鈕,使實驗系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài).,2置SWSWCfc20H,按QDe鈕,將20H寫入ARt3置SW戶SW0為0B0H按QDe鈕,將0B0H

14、寫入存儲器20H單元.AR1自動力口1,變?yōu)?1Ho4置SW戶SWM58H,按QD鈕,將58H寫入存儲器21H單元.AR1自動力口1,變?yōu)?2Ho5重復(fù)進(jìn)行下去,一直到將84H寫入存儲器29H單元.按CLR骸鈕,使實驗系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài).寫中斷程序1置SWSWCfc0A0H按QDft鈕,將0A0H寫入AR1o2置SW戶SW0為30H,按QDft鈕,將30H寫入存儲器0A0Hl元.3置SW戶SW00A0H按Q或鈕,將0A0H寫入存儲器0A1H單元.4按CLR蔽鈕,使實驗系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)或用實驗臺監(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,在程序運行中,

15、按一次限制臺的INTR.進(jìn)入中斷后,用單拍DP方式執(zhí)行,直到返回主程序為止.列表記錄中斷系統(tǒng)中有關(guān)信號的變化情況,特別要紀(jì)錄好斷點地址和R0的值.1令DP=0,DZ=0,DB=0,使實驗系統(tǒng)處于連續(xù)運行狀態(tài).2置SWSWC為20H,作為程序的起始地址.按QDK鈕,啟動程序從20H地址運行.中斷允許指示燈亮.3按INTR按鈕,發(fā)出一個INTR中斷脈沖,請求中斷.中斷后硬件自動將中斷地址存入中斷地址存放器IAR.微程序地址應(yīng)為25Ho4置SWASW財0A0H這是中斷程序白入口地址.將DP由置0改為置1.按一次QD按鈕,將0A0M入程序計數(shù)器PC微程序地址應(yīng)為26Ho5按一次QDK鈕,進(jìn)行取指微操作

16、.微程序地址應(yīng)為05Ho6按一次QD鈕,進(jìn)行置數(shù)微操作.微程序地址應(yīng)為13Ho7按一次QDg鈕,進(jìn)行R0&R0操作,這時微程序地址應(yīng)為38Ho觀察DBUSa線的值,即為R0的值.8按一次QDK鈕,進(jìn)行寫回微操作.微程序地址應(yīng)為34Ho9按一次QDK鈕,進(jìn)行判定有無中斷請求INTQ微操作.微程序地址應(yīng)為0FH10)按一次QDR鈕,進(jìn)行取指微操作.微程序地址應(yīng)為05A11)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這時觀察PC地址,即中斷地址.12)按一次QDK鈕,進(jìn)行判有無新的中斷操作.微程序地址為0FH13)按一次QDe鈕,進(jìn)行取指微操彳微程序地址為05Ho此

17、刻,程序已返回主程序.由于按下INTR按鈕的時間對主程序而言,是隨機(jī)的,具有不確定性,因此各次中斷地址、R0會具有不同的值.將RAW20H單元的內(nèi)容由指令I(lǐng)NTS改為INTC,重彳(4),記錄發(fā)生的現(xiàn)象.由于INTC是關(guān)中斷指令,因此將不會發(fā)生中斷.(4)限制存儲器代碼表1.微程序限制器信號表指令當(dāng)前指令CM4CM3CM2CM1CM0LDAR0R207H10H00H81H20H05H05H10H00H04H91H10H15H10H01H04H00H36H36H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHLDAR1R307H10H00H04H00H05H05H10H00H0

18、4H91H10H15H10H01H04H00H36H36H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHADDR0R107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H10H10H20H00H00H3BH3BH14H82H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHJC+507H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H19H10H00H00H00H0FHANDR2R307H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H13H10H20H00H00H38H38H0DH82H20H00H34H34H0

19、0H12H00H00H0FHSUBR3R207H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H11H10H20H00H00H3AH3AH03H02H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHSTAR3R207H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H14H10H21H04H00H35H35H10H06H00H00H0FHSTP07H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H16H30H00H00H00H0FHJMPR107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H18H10H01H01H

20、20H0FHINTS00H30H00H02H08H26H07H10H00H81H20H05H05H10H00H04H91H10H1AH10H20H00H00H3AH3AH03H02H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHIRET07H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H1BH10H00H41H20H0FH2.拓展限制器信號表指令CM4CM3CM2CM1CM0XORRdRs10H10H04H00H05H10H00H04H91H10H10H20H00H00H31H0BH02H20H00H34H00H12H00H00H0FHINCRd,Rs10H00H04H00H05H10H00H04H91H10H10H20H00H00H32H00H02H20H00H34H00H12H00H00H0FHDECRdRs10H00H04H00H05H10H00H04H91H10H10H20H00H00H33H17H82H20H00H34H00H12H00H00H0FHF=A+BRdRs10H00H04H00H05H10H00H04H91H10H10H20H00H00H24H0EH