计算机组成原理中断试验报告

1、北京建筑大学2022/2022学年第二学期课程设计课程名称计算机组成原理综合实验设计题目微程序限制器设计与实现系别电信学院计算机系班级计141学生姓名艾尼瓦尔阿布力米提学号完成日期二.一六年七月八日星期五成绩指导教师签名计算机组成综合实验任务书指导教师姓名王怀秀系计算机任务微程序限制器的设计与实现人数32学时1周实验目的1 .融合贯穿计算机组成原理课程,加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系存放器堆、运算器、存储器、限制台、微程序限制器2 .理解并掌握微程序限制器的设计方法和实现原理,具备初步的独立设计水平；3,掌握较复杂微程序限制器的设计、调试等根本技能；提高综合运用所学理论知识独立分析

2、和解决问题的水平.实验任务?基于TEC-9教学实验平台基于原有指令集的根底上设计或扩展48条指令.首先在原微程序限制器指令系统的根底上进行原指令集的微指令编码的测试,然后利用上端软件,编写用户设计的微指令,实现指令预定的功能.实验步骤?1、进行原实验平台指令集的微程序限制器下指令运行测试；?2、记录每一条机器指令的指令的执行流程和微命令编码；?3、画出每一条指令的指令微程序执行流程图；?4、在原有指令集根底上自行设计或扩展48条指令.画出扩展指令的指令执行流程图；?5、利用上端软件,把所编写的微程序限制器内容写入实验台中限制器中.?6、利用单拍测试限制器与编程的要求是否一致.如果有错误重新修改

3、后再写入限制器中.7、编写一段测试程序,测试限制器运行是否正确.实验目的1 .融合贯穿计算机组成原理课程,加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系存放器堆、运算器、存储器、限制台、微程序限制器.2.理解并掌握微程序限制器的设计方法和实现原理,具备初步的独立设计水平；3.掌握较复杂微程序限制器的设计、调试等根本技能；提升综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的水平.实验电路1,微指令格式与微程序限制器电路2,微程序限制器组成仍然使用前面的cpirn成与机器指令执行实验的电路图,但本次实验参加中断系统.这是一个简单的中断系统模型,只支持单级中断、单个中断请求,有中断屏蔽功能,旨在说明最根本的原理

4、.中断屏蔽限制逻辑分别集成在2片GAL22V10TIMER1和TIMER2中.其ABEL言表达式如下:INTR1:=INTR;INTR1.CLK=CLK1;IE:=CLR&INTS#CLR&IE&!INTC;IE.CLK=MF;INTQ=IE&INTR1;其中,CLK1是TIMER1产生的时钟信号,它主要是作为WW4的时钟脉冲,这里作为INTR1的时钟信号,INTE的时钟信号是晶振产生的MFINTS微指令位是INTS机器指令执行过程中从限制存储器读出的,INTC微指令位是INTC机器指令执行过程中从限制存储器读出的.INTE是中断允许标志,限制台有一个指示灯IE

5、显示其状态,它为1时,允许中断,为0时,禁止中断.当INTS=1时,在下一个MF的上升沿IE变1,当INTC=1时,在下一个MF的上升沿IE变0.CLR信号实际是限制台产生的复位信号CLR#当CLR=0时,在下一个CLK1的上升沿IE变0.当CLR=1且INTS=0且INTC=0时,IE保持不变.INTR是外部中断源,接限制台按钮INTR.按一次INTR按钮,产生一个中断请求正脉冲INTR.INTR1是INTR经时钟CLK1同步后产生的,目的是保持INTR1与实验台的时序信号同步.INTR脉冲信号的上升沿代表有外部中断请求到达中断限制器.INTQ是中断屏蔽控制逻辑传递给CPU勺中断信号,接到微

6、程序限制器上.当收到INTR脉冲信号时,假设中断允许位INTE=0,那么中断被屏蔽,INTQ仍然为0;假设INTE=1,那么INTQ=1.为保存中断的断点地址,以便中断返回,设置了一个中断地址存放器IAR.第二节图4中的IAR(U1吩就是这个中断地址存放器,它是一片74HC374有LDIAR和IAR_BUS炳个信号输入端,均连接至微程序限制器.LDIAR信号的上升沿到达时,来自程序计数器PC的地址会置入IAR中.IAR_BUS的0时,保存在IAR中的断点地址会输出到数据总线DBUSt.由于本实验系统只有一个断点存放器而无堆栈,因此仅支持一级中断而不支持多级中断.中断向量即中断效劳程序的入口地址

7、,在本实验仪中由8位数码开关SWSW提供.3.中断的检测、执行和返回过程微程序限制器每执行一条机器指令之后,执行下一条机器指令之前,先转到微地址0F处见图12微程序流程图,在条件位P1=1时判断是否有中断请求INTQ.如果没有INTQ,那么继续正常的机器指令执行.假设检测到中断请求INTQ,首先发出关中断信号INTC、保存断点信号LDIAR并且发出停机信号TJ,等待手动设置中断向量.设置好SWASW0后,按QD钮启动,机器将中断向量读入程序计数器PC中,从而转到中断效劳子程序去执行.执行一条机器指令IRET,从中断效劳子程序返回时,发出IAR_BUS信号,从中断地址存放器IAR向数据总线DBU

8、S俞出断点地址,再从DBUSR次写入到R4PC中,恢复执行被中断的程序.发生中断时,关中断由硬件负责,而中断现场存放器堆中的存放器,进位标志C的保存和恢复由中断效劳程序来处理.实验任务1了解中断系统中每个信号的意义和变化条件,并将下面的主程序和中断效劳程序手工汇编成十六进制机器代码,此项任务应在预习时完成.主程序：地址指令机器代码20HINTS21HLDAR0,R222HADDR0,R023HADDR0,R024HADDR0,R025HADDR0,R026HADDR0,R027HADDR0,R028HADDR0,R029HJMPR1中断效劳程序:地址指令机器代码0A0HANDR0,R00A1H

9、IRET(2)参考CPUS成与机器指令执行实验,再加上中断系统,完本钱次实验的线路连接接通电源之前应仔细检查接线,确认无误.(3)将上述任务(1)的程序代码存入内存中,并根据需要设置通用存放器组和内存相关单元的数据.其中,存放器R1的值应置为21H,以便程序循环执行(4)从地址20H执行程序,在程序运行中,按一次限制台的INTR进入中断后,用单拍(D?方式执行,直到返回主程序为止.列表记录中断系统中有关信号的变化情况,特别要纪录好断点地址和R0的值.(5)重复执行(4)两次.(一共执行3次)(6)将RAW20H单元的内容由指令INTS改为INTC,重彳(4),记录发生的现象.六、实验步骤和实验

10、结果1、实验程序主程序:地址指令机器代码20HINTS0BH21HLDAR0,R258H22HADDR0,R000H23HADDR0,R000H24HADDR0,R000H25HADDR0,R000H26HADDR0,R000H27HADDR0,R000H28HADDR0,R000H29HJMPR184H中断效劳程序:地址指令机器代码0A0HANDR0,R030H0A1HIRET0A0H2、接线微程序限制器与数据通路之间的线可以通过选择开关直接选择.将开关设置为“微程序.只需连接数据通路局部的线.a、数据通路的LDIR接CERLDPOLDR4LDDR假LDDR2M1接M2LDAR1接LDAR2

11、b、指令存放器IR的输出IR0接双端口存放器堆的RD0WR0IR1接RD1WR1IR2接RS0IR3接RStC、单月冲DMC接中断INTR选择开关拔至“微程序3、存程序机器代码,设置通用存放器R1、R2及内存相关单元的数据1、设置存放器R1、R2的值根据要求,设置R1=21H,R2的值由实验者自定,假定为10Ho1、令DP=0,DB=0,DZ=0,使实验系统处于连续运行状态.令SWB=1,SWA=1使实验系统处于存放器加载工作方式KLD按CLR骸钮,使实验系统处于初始状态.1、在SWASWdh设置一个存储器地址,该存储器地址供设置通用存放器使用.该存储器地址最好是不常用的一个地址,以免设置通用

12、存放器操作破坏重要的存储器单元的内容.例如可将该地址设置为0FFH按一次Q或钮,将0FFH写入AR1和AR22在SWSW0上设置01H,作为通用存放器R1的存放器号.按一次QD按钮,将01H写入IR.3在SW户SW吸置21H,按一次QDe钮,将21H写入IR指定的R1存放器.4在SWASW0上设置02H,作为通用存放器R2的存放器号.按一次QD按钮,将02H写入IR.5在SWASW吸置10H,作为R2的值.按一次QD钮,将10H写入IR指定的R2存放器.6设置R1、R2结束,按CLR松钮,使实验系统恢复到初始状态.2、存程序机器代码.本操作中,我们在10H单元存入01H也可以是其他值,从20地

13、址开始存10个机器代码：0B0H58H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,84Ho从0A0H存入2个机器代码:30H,0A0H.1令DP=0,DB=0,DZ=0,使实验系统处于连续运行状态.令SWB=1,SWA=0,使实验系统处于写双端口存储器工作方式KWRD按CLR般钮,使实验系统处于初始状态.2置SWSWCfc10H,按QDe钮,将10H写入ARt3置SW户SW0为01H,按QDft钮,将01H写入存储器10H单元.写主程序1按CLR教钮,使实验系统恢复初始状态.,2置SWSWCfc20H,按QDe钮,将20H写入ARt3置SW户SW0为0B0H按QDe钮,将0B0H

14、写入存储器20H单元.AR1自动力口1,变为21Ho4置SW户SWM58H,按QD钮,将58H写入存储器21H单元.AR1自动力口1,变为22Ho5重复进行下去,一直到将84H写入存储器29H单元.按CLR骸钮,使实验系统恢复到初始状态.写中断程序1置SWSWCfc0A0H按QDft钮,将0A0H写入AR1o2置SW户SW0为30H,按QDft钮,将30H写入存储器0A0Hl元.3置SW户SW00A0H按Q或钮,将0A0H写入存储器0A1H单元.4按CLR蔽钮,使实验系统恢复到初始状态或用实验台监控系统或系统上端软件直接写入内容3从地址20H连续执行程序从地址20H连续执行程序,在程序运行中,

15、按一次限制台的INTR.进入中断后,用单拍DP方式执行,直到返回主程序为止.列表记录中断系统中有关信号的变化情况,特别要纪录好断点地址和R0的值.1令DP=0,DZ=0,DB=0,使实验系统处于连续运行状态.2置SWSWC为20H,作为程序的起始地址.按QDK钮,启动程序从20H地址运行.中断允许指示灯亮.3按INTR按钮,发出一个INTR中断脉冲,请求中断.中断后硬件自动将中断地址存入中断地址存放器IAR.微程序地址应为25Ho4置SWASW财0A0H这是中断程序白入口地址.将DP由置0改为置1.按一次QD按钮,将0A0M入程序计数器PC微程序地址应为26Ho5按一次QDK钮,进行取指微操作

16、.微程序地址应为05Ho6按一次QD钮,进行置数微操作.微程序地址应为13Ho7按一次QDg钮,进行R0&R0操作,这时微程序地址应为38Ho观察DBUSa线的值,即为R0的值.8按一次QDK钮,进行写回微操作.微程序地址应为34Ho9按一次QDK钮,进行判定有无中断请求INTQ微操作.微程序地址应为0FH10)按一次QDR钮,进行取指微操作.微程序地址应为05A11)按一次QD按钮,进行从中断程序返回主程序微操作.微程序地址应为1AH这时观察PC地址,即中断地址.12)按一次QDK钮,进行判有无新的中断操作.微程序地址为0FH13)按一次QDe钮,进行取指微操彳微程序地址为05Ho此

17、刻,程序已返回主程序.由于按下INTR按钮的时间对主程序而言,是随机的,具有不确定性,因此各次中断地址、R0会具有不同的值.将RAW20H单元的内容由指令INTS改为INTC,重彳(4),记录发生的现象.由于INTC是关中断指令,因此将不会发生中断.(4)限制存储器代码表1.微程序限制器信号表指令当前指令CM4CM3CM2CM1CM0LDAR0R207H10H00H81H20H05H05H10H00H04H91H10H15H10H01H04H00H36H36H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHLDAR1R307H10H00H04H00H05H05H10H00H0

18、4H91H10H15H10H01H04H00H36H36H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHADDR0R107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H10H10H20H00H00H3BH3BH14H82H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHJC+507H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H19H10H00H00H00H0FHANDR2R307H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H13H10H20H00H00H38H38H0DH82H20H00H34H34H0

19、0H12H00H00H0FHSUBR3R207H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H11H10H20H00H00H3AH3AH03H02H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHSTAR3R207H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H14H10H21H04H00H35H35H10H06H00H00H0FHSTP07H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H16H30H00H00H00H0FHJMPR107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H18H10H01H01H

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