计算机组成原理中断实验报告
时间:2025-04-03
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计算机组成原理中断实验报告。
北 京 建 筑 大 学
2015/2016 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 微程序控制器设计与实现
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 201406030128
完成日期 二〇一六年七月八日星期五
成 绩
指导教师
(签名)
计算机组成原理中断实验报告。
计算机组成综合实验任务书
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实验目的
1.融合贯通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(寄存器堆、运算器、存储器、控制台、微程序控制器)。 2.理解并掌握微程序控制器的设计方法和实现原理,具备初步的独立设计能力;3.掌握较复杂微程序控制器的设计、调试等基本技能;提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。
实验电路
1. 微指令格式与微程序控制器电路
2.微程序控制器组成
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仍然使用前面的CPU组成与机器指令执行实验的电路图,但本次实验加入中断系统。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,旨在说明最基本的原理。
中断屏蔽控制逻辑分别集成在2片GAL22V10(TIMER1 和TIMER2)中。其ABEL语言表达式如下:
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W1—W4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MF。INTS微指令位是INTS机器指令执行过程中从控制存储器读出的,INTC微指令位是INTC机器指令执行过程中从控制存储器读出的。INTE是中断允许标志,控制台有一个指示灯IE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信号实际是控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,接控制台按钮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控制器。INTQ是中断屏蔽控制逻辑传递给CPU的中断信号,接到微程序控制器上。当收到INTR脉冲信号时,若中断允许位INTE=0,则中断被屏蔽,INTQ仍然为0;若INTE =1,则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寄存器IAR。第二节图4中的IAR(U19)就是这个中断地址寄存器,它是一片74HC374,有LDIAR和IAR_BUS#两个信号输入端,均连接至微程序控制器。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#为0时,保存在IAR中的断点地址会输出到数据总线DBUS上。由于本实验系统只有一个断点寄存器而无堆栈,因此仅支持一级中断而不支持多级中断。 中断向量即中断服务程序的入口地址,在本实验仪中由8位数码开关SW7—SW0提供。
3.中断的检测、执行和返回过程
微程序控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,则继续正常的机器指令执行。若检测到中断请求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SW7—SW0后,按QD按钮启动,机器将中断向量读入程序计数器PC中,从而转到中断服务子程序去执行。 执行一条机器指令IRET,从中断服务子程序返回时,发出IAR_BUS#信号,从中断地址寄存器IAR向数据总线DBUS输出断点地址,再从DBUS依次写入到R4、PC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(寄存器堆中的寄存器,进位标志C)的保
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存和恢复由中断服务程序来处理。
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服务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:
中断服务程序:
(2)参考CPU组成与机器指令执行实验,再加上中断系统,完成本次实验的线路连接。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寄存器组和内存相关单元的数据。其中,寄存器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,按一次控制台的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。
(5)重复执行(4)两次。(一共执行3次)
(6)将RAM中20H单元的内容由指令INTS改为INTC,重作(4),记录发生的现象。
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