1、計(jì)算機(jī)構(gòu)成原理中止實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)算機(jī)構(gòu)成原理中止實(shí)驗(yàn)報(bào)告20/20計(jì)算機(jī)構(gòu)成原理中止實(shí)驗(yàn)報(bào)告北京建筑大學(xué)2015/2016學(xué)年第二學(xué)期課程設(shè)計(jì)課程名稱計(jì)算機(jī)構(gòu)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)系別電信學(xué)院計(jì)算機(jī)系班級(jí)計(jì)141學(xué)生姓名艾尼瓦爾阿布力米提學(xué)號(hào)達(dá)成日期二一六年七月八日禮拜五成績(jī)指導(dǎo)教師（署名）計(jì)算機(jī)構(gòu)成綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)書指導(dǎo)教師姓王懷秀系計(jì)算機(jī)名微程序控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)任務(wù)人數(shù)32學(xué)時(shí)1周現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?交融貫穿計(jì)算機(jī)構(gòu)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互相聯(lián)系（存放器堆、運(yùn)算器、儲(chǔ)蓄器、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)

2、能力；3掌握較復(fù)雜微程序控制器的設(shè)計(jì)、調(diào)試等基本技術(shù)；提升綜合運(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)任務(wù)?鑒于TEC-9講課實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鑒于原有指令集的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)或擴(kuò)展48條指令。第一在原微程序控制器指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)進(jìn)步行原指令集的微指令編碼的測(cè)試，此后利用上端軟件，編寫用戶設(shè)計(jì)的微指令，實(shí)現(xiàn)指令預(yù)約的功能。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)轉(zhuǎn)測(cè)試；2、記錄每一條機(jī)器指令的指令的履行流程和微命令編碼；3、畫出每一條指令的指令微程序履行流程圖；4、在原有指令集基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)或擴(kuò)展48條指令。畫出擴(kuò)展指令的指令履行流程圖；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)

3、中控制器中。6、利用單拍測(cè)試控制器與編程的要求能否一致。假如有錯(cuò)誤從頭改正后再寫入控制器中。7、編寫一段測(cè)試程序，測(cè)試控制器運(yùn)轉(zhuǎn)能否正確。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?交融貫穿計(jì)算機(jī)構(gòu)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互相聯(lián)系（存放器堆、運(yùn)算器、儲(chǔ)蓄器、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)試等基本技術(shù)；提升綜合運(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)電路微指令格式與微程序控制器電路微程序控制器構(gòu)成仍舊使用前面的CPU構(gòu)成與機(jī)器指令履行實(shí)驗(yàn)的電路圖，但本次實(shí)驗(yàn)加入中止系統(tǒng)。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的中止系統(tǒng)模型，只支持

4、單級(jí)中止、單此中止懇求，有中止障蔽功能，旨在說明最基本的原理。中止障蔽控制邏輯分別集成在2片GAL22V10（TIMER1和TIMER2）中。其ABEL語言表達(dá)式以下：INTR1:=INTR;INTR1.CLK=CLK1;IE:=CLR&INTS#CLR&IE&!INTC;IE.CLK=MF;INTQ=IE&INTR1;此中，CLK1是TIMER1產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào),它主假如作為W1W4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)器指令履行過程中從控制儲(chǔ)蓄器讀出的，INTC微指令位是INTC機(jī)器指令履行過程中從控制儲(chǔ)蓄器讀出的。INTE

5、是中止贊成標(biāo)記，控制臺(tái)有一個(gè)指示燈IE顯示其狀態(tài)，它為1時(shí)，贊成中斷，為0時(shí)，嚴(yán)禁中止。當(dāng)INTS=1時(shí)，在下一個(gè)MF的上漲沿IE變1，當(dāng)INTC=1時(shí)，在下一個(gè)MF的上漲沿IE變0。CLR信號(hào)實(shí)質(zhì)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的上漲沿IE變0。當(dāng)CLR=1且INTS=0且INTC=0時(shí)，IE保持不變。INTR是外面中止源，接控制臺(tái)按鈕INTR。按一次INTR按鈕，產(chǎn)生一此中止懇求正脈沖INTR。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)的上漲沿代表有外面中止懇求抵達(dá)中止控制器。INTQ是中止障

6、蔽控制邏輯傳達(dá)給CPU的中止信號(hào)，接到微程序控制器上。當(dāng)收到INTR脈沖信號(hào)時(shí)，若中止贊成位INTE，則中止被障蔽，INTQ仍舊為；若INTE，則INTQ。為保留中止的斷點(diǎn)地點(diǎn)，以便中止返回，設(shè)置了一此中止地點(diǎn)存放器IAR。第二節(jié)圖4中的IAR（U19）就是這此中止地點(diǎn)存放器，它是一片74HC374，有LDIAR和IAR_BUS#兩個(gè)信號(hào)輸入端，均連結(jié)至微程序控制器。LDIAR信號(hào)的上漲沿抵達(dá)時(shí)，來自程序計(jì)數(shù)器PC的地點(diǎn)會(huì)置入IAR中。IAR_BUS#為時(shí)，保留在IAR中的斷點(diǎn)地點(diǎn)會(huì)輸出到數(shù)據(jù)總線DBUS上。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)系統(tǒng)只有一個(gè)斷點(diǎn)存放器而無貨倉，所以僅支持一級(jí)中止而不支持多級(jí)中止。中止向量

7、即中止服務(wù)程序的進(jìn)口地點(diǎn)，在本實(shí)驗(yàn)儀中由位數(shù)碼開關(guān)SW7SW0供給。中止的檢測(cè)、履行和返回過程微程序控制器每履行一條機(jī)器指令此后，履行下一條機(jī)器指令以前，先轉(zhuǎn)到微地點(diǎn)0F處（見圖12微程序流程圖），在條件位P1=1時(shí)判斷能否有中止懇求INTQ。假如沒有INTQ，則連續(xù)正常的機(jī)器指令履行。若檢測(cè)到中止懇求INTQ，第一發(fā)出關(guān)中止信號(hào)INTC、保留斷點(diǎn)信號(hào)LDIAR，而且發(fā)出停機(jī)信號(hào)TJ，等候手動(dòng)設(shè)置中止向量。設(shè)置好SW7SW0后，按QD按鈕啟動(dòng)，機(jī)器將中止向量讀入程序計(jì)數(shù)器PC中，進(jìn)而轉(zhuǎn)到中止服務(wù)子程序去履行。履行一條機(jī)器指令I(lǐng)RET，從中止服務(wù)子程序返回時(shí)，發(fā)出IAR_BUS#信號(hào)，從中止地點(diǎn)

8、存放器IAR向數(shù)據(jù)總線DBUS輸出斷點(diǎn)地點(diǎn)，再從DBUS挨次寫入到R4、PC中，恢復(fù)履行被中止的程序。發(fā)生中止時(shí)，關(guān)中止由硬件負(fù)責(zé)，而中止現(xiàn)場(chǎng)(存放器堆中的存放器，進(jìn)位標(biāo)記C)的保留和恢復(fù)由中止服務(wù)程序來辦理。實(shí)驗(yàn)任務(wù)（1）認(rèn)識(shí)中止系統(tǒng)中每個(gè)信號(hào)的意義和變化條件，并將下邊的主程序和中止服務(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)達(dá)成。主程序：地點(diǎn)指令機(jī)器代碼20HINTS21HLDAR0,R222HADDR0,R023HADDR0,R024HADDR0,R025HADDR0,R026HADDR0,R027HADDR0,R028HADDR0,R029HJMPR1中止服務(wù)程序：地點(diǎn)指令機(jī)

9、器代碼0A0HANDR0,R00A1HIRET（2）參照CPU構(gòu)成與機(jī)器指令履行實(shí)驗(yàn)，再加上中止系統(tǒng)，達(dá)成本次實(shí)驗(yàn)的線路連結(jié)。接通電源以前應(yīng)認(rèn)真檢查接線，確認(rèn)無誤。（3）將上述任務(wù)（1）的程序代碼存入內(nèi)存中，并依據(jù)需要設(shè)置通用存放器組和內(nèi)存有關(guān)單元的數(shù)據(jù)。此中，存放器R1的值應(yīng)置為21H，以便程序循環(huán)履行。（4）從地點(diǎn)20H履行程序，在程序運(yùn)轉(zhuǎn)中，按一次控制臺(tái)的INTR。進(jìn)入中止后，用單拍（DP）方式履行，直到返回主程序?yàn)橹?。列表記錄中止系統(tǒng)中有關(guān)信號(hào)的變化狀況，特別要紀(jì)錄好斷點(diǎn)地點(diǎn)和R0的值。（5）重復(fù)履行（4）兩次。（一共履行3次）（6）將RAM中20H單元的內(nèi)容由指令I(lǐng)NTS改為INTC

10、，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：地點(diǎn)指令機(jī)器代碼20HINTS0BH21HLDAR0,R258H22HADDR0,R000H23HADDR0,R000H24HADDR0,R000H25HADDR0,R000H26HADDR0,R000H27HADDR0,R000H28HADDR0,R000H29HJMPR184H中止服務(wù)程序：地點(diǎn)指令機(jī)器代碼0A0HANDR0,R030H0A1HIRET0A0H2、接線微程序控制器與數(shù)據(jù)通路之間的線可以經(jīng)過選擇開關(guān)直接選擇。將開關(guān)設(shè)置為“微程序”。只要連結(jié)數(shù)據(jù)通路部分的線。a、數(shù)據(jù)通路的LDIR接CER、LDPC接LDR

11、4、LDDR1接LDDR2、M1接M2、LDAR1接LDAR2。b、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RS0，IR3接RS1。C、單脈沖DMC接中止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)存有關(guān)單元的數(shù)據(jù)。（1）、設(shè)置存放器R1、R2的值依據(jù)要求，設(shè)置R1=21H，R2的值由實(shí)驗(yàn)者自定，假設(shè)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)轉(zhuǎn)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#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。1）、在SW7SW0上設(shè)置一個(gè)

12、儲(chǔ)蓄器地點(diǎn)，該儲(chǔ)蓄器地點(diǎn)供設(shè)置通用存放器使用。該儲(chǔ)蓄器地點(diǎn)最好是不常用的一個(gè)地點(diǎn)，免得設(shè)置通用存放器操作損壞重要的儲(chǔ)蓄器單元的內(nèi)容。比方可將該地點(diǎn)設(shè)置為0FFH。按一次QD按鈕，將0FFH寫入AR1和AR2。2）在SW7SW0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SW7SW0設(shè)置21H，按一次QD按鈕，將21H寫入IR指定的R1存放器。4）在SW7SW0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SW7SW0設(shè)置10H，作為R2的值。按一次QD按鈕，將10H寫入IR指定的R2存放器。6）設(shè)置R1、R2結(jié)束，按

13、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（也可以是其余值），從20地點(diǎn)開始存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)轉(zhuǎn)狀態(tài)。令SWB=1，SWA=0，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于寫雙端口儲(chǔ)蓄器工作方式KWRD。按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。2）置SW7SW0為10H，按QD按鈕，將10H寫入AR1。3）置SW7SW0為01H，按QD按鈕，將01H寫入儲(chǔ)蓄器10H單元。寫主程序1）按

14、CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)。2）置SW7SW0為20H，按QD按鈕，將20H寫入AR1。3）置SW7SW0為0B0H，按QD按鈕，將0B0H寫入儲(chǔ)蓄器20H單元。AR1自動(dòng)加1,變?yōu)?1H。4）置SW7SW0為58H，按QD按鈕，將58H寫入儲(chǔ)蓄器21H單元。AR1自動(dòng)加1,變成22H。5）重復(fù)進(jìn)行下去，向抵達(dá)將84H寫入儲(chǔ)蓄器29H單元。按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。寫中止程序1）置SW7SW0為0A0H，按QD按鈕，將0A0H寫入AR1。2）置SW7SW0為30H，按QD按鈕，將30H寫入儲(chǔ)蓄器0A0H單元。3）置SW7SW00A0H，按QD按鈕，將0A0H寫入儲(chǔ)蓄器

15、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）從地點(diǎn)20H連續(xù)履行程序從地點(diǎn)20H連續(xù)履行程序，在程序運(yùn)轉(zhuǎn)中，按一次控制臺(tái)的INTR。進(jìn)入中止后，用單拍（DP）方式履行，直到返回主程序?yàn)橹?。列表記錄中止系統(tǒng)中有關(guān)信號(hào)的變化狀況，特別要紀(jì)錄好斷點(diǎn)地點(diǎn)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)轉(zhuǎn)狀態(tài)。2）置SW7SW0為20H，作為程序的初步地點(diǎn)。按QD按鈕，啟動(dòng)程序從20H地點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。中止贊成指示燈亮。3）按INTR按鈕，發(fā)出一個(gè)INTR中止脈沖，懇求中止。中止后硬件自動(dòng)將中止地點(diǎn)存入中止地點(diǎn)存放器IAR。微

16、程序地點(diǎn)應(yīng)為25H。4）置SW7SW0為0A0H，這是中止程序的進(jìn)口地點(diǎn)。將DP由置0改為置1。按一次QD按鈕，將0A0H送入程序計(jì)數(shù)器PC。微程序地點(diǎn)應(yīng)為26H。5）按一次QD按鈕，進(jìn)行取指微操作。微程序地點(diǎn)應(yīng)為05H。6）按一次QD按鈕，進(jìn)行置數(shù)微操作。微程序地點(diǎn)應(yīng)為13H。7）按一次QD按鈕，進(jìn)行R0&R0操作,這時(shí)微程序地點(diǎn)應(yīng)為38H。察看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。微程序地點(diǎn)應(yīng)為34H。9）按一次QD按鈕，進(jìn)行判斷有無中止懇求INTQ微操作。微程序地點(diǎn)應(yīng)為0FH。10）按一次QD按鈕，進(jìn)行取指微操作。微程序地點(diǎn)應(yīng)為05H。11）按一次QD按鈕，

17、進(jìn)行從中止程序返回主程序微操作。微程序地點(diǎn)應(yīng)為1AH。這時(shí)察看PC地點(diǎn),即中止地點(diǎn)。12）按一次QD按鈕，進(jìn)行判有無新的中止操作。微程序地點(diǎn)為0FH。13）按一次QD按鈕，進(jìn)行取指微操作。微程序地點(diǎn)為05H?，F(xiàn)在，程序已返回主程序。因?yàn)榘聪翴NTR按鈕的時(shí)間對(duì)主程序而言，是隨機(jī)的，擁有不確立性，所以各次中止地點(diǎn)、R0會(huì)擁有不一樣樣的值。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。因?yàn)镮NTC是關(guān)中止指令，所以將不會(huì)發(fā)生中止。4）控制儲(chǔ)蓄器代碼表微程序控制器信號(hào)表指令目前指CM4CM3CM2CM1CM0令LDAR0，R207H10H00H81H20H05H0

18、5H10H00H04H91H10H15H10H01H04H00H36H36H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHLDAR1，R307H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H15H10H01H04H00H36H36H10H0CH20H00H34H34H00H12H00H00H0FHADDR0，R107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H10H10H20H00H00H3BH3BH14H82H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHJC+507H10H00H04H00H05H05H10H00H04

19、H91H10H19H10H00H00H00H0FHANDR2，R307H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H13H10H20H00H00H38H38H0DH82H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHSUBR3，R207H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H11H10H20H00H00H3AH3AH03H02H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHSTAR3，R207H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H14H10H21H04H00H35H35H10H06H00H00H0F

20、HSTP07H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H16H30H00H00H00H0FHJMPR107H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H18H10H01H01H20H0FHINTS00H30H00H02H08H26H07H10H00H81H20H05H05H10H00H04H91H10H1AH10H20H00H00H3AH3AH03H02H20H00H34H34H00H12H00H00H0FHIRET07H10H00H04H00H05H05H10H00H04H91H10H1BH10H00H41H20H0FH2.拓展控制器信號(hào)表指令C

21、M4CM3CM2CM1CM0XORRd，Rs10H10H04H00H05H10H00H04H91H10H10H20H00H00H31H0BH02H20H00H34H00H12H00H00H0FHINCRd，Rs10H00H04H00H05H10H00H04H91H10H10H20H00H00H32H00H02H20H00H34H00H12H00H00H0FHDECRd，Rs10H00H04H00H05H10H00H04H91H10H10H20H00H00H33H17H82H20H00H34H00H12H00H00H0FHF=A+BRd，Rs10H00H04H00H05H10H00H04H91H10H10H20H00H00H24H0EH02H20H00H34H00H12H00H00H0FHINTOFHKT00HLDAR2流程圖07HINT