16BIT计算机组成原理实验十

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1、实验十、具有简单中断处理功能的模型机实验一、实验目的：1.了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程;2.掌握中断响应、中断处理的流程及实现方法;3.定义若干条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试。二、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。三、模型机结构：图10-1模型机结构图图中运算器ALU由U7—U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。微控器部分控存由U13—U15三片2816构成

2、。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理见系统介绍部分）。存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H—FFH。输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态缓冲芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据

3、输入电路可以不用。中断源可由底板脉冲源和时序电路中的单脉冲提供。每按一次单脉冲产生一次中断请求。中断请求由CPU板上的“LARI”引入微控器。注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序计数器时，只有低8位有效。四、工作原理本实验在实验八的基础上，增加三条指令：1、开中断指令：助记符指令格式STI010100002、关中断指令：助记符指令格式CLI011000003、中断返回指令：助记符指令格式IRET01110000中断处理的过程如下：系统

4、内部设有一个“中断允许”标志位，CLI指令使它复位，STI指令使它置位。另设一个“中断请求”标志位，只有当“中断允许”为置位态时检测到外部中断脉冲，才将“中断请求”置位，否则“中断请求”为复位状态。在某些指令执行完正常操作返回之前，进入中断请求测试，如“中断请求”为复位状态则正常返回。如“中断请求”为置位状态，则将下一条程序的地址压入堆栈，同时将固定的中断服务程序首地址送入程序计数器，在下一个CPU周期进入中断服务程序的执行。当中断服务程序执行到“IRET”指令时，进行中断返回测试，将堆栈中地址弹出送入程序计

5、数器，在下一个CPU周期进入中断前程序的执行。以上这些操作均由EP1K10实现，有兴趣的读者可查看随机工程文件total_1.gdf。与前面实验一样，系统设计的微指令字长共24位，其控制位顺序如下：242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案如表10－2：F1字段F2字段F3字段151413选择121110选择987选择000LDRi000RAG000P1001

6、LOAD001ALU-G001AR010LDR2010RCG010P3011自定义011自定义011P5100LDR1100RBG100P2101LAR101PC-G101LPC110LDIR110299-G110P4111无操作111无操作111无操作表10－2注：此处定义P5为中断请求测试，P3为中断返回测试。系统涉及到的微程序流程见图10-2（图中各方框内为微指令所执行的操作，方框外的标号为该条微指令所处的八进制微地址）。控制操作为P4测试，它以CA1、CA2作为测试条件，出现了写机器指令、读机器指令和

7、运行机器指令3路分支，占用3个固定微地址单元。（注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式时由监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关来控制。）在机器指令的执行过程中，公用微指令对应于图10-2中01、02、21地址的微指令。21地址为“译码”微指令，该微指令的操作为P（1）测试，测试结果出现多路分支。本实验用指令寄存器的前4位（I7-I4）作为测试条件，出现6路分支，占用6个固定微地址单元。如I7—I4相同，则还需进行P2测试，以指令

8、寄存器的I3、I2位作为测试条件，以区分不同的指令，如MOV、JMP指令和IN、OUT指令。在执行P1测试时，如I7—I0=“01010000”（即STI指令），则将“中断允许”置位；如I7—I0=“01100000”（即CLI指令），则将“中断允许”复位；在JMP和OUT指令中进行中断请求测试，在IRET指令中进行中断返回测试。本实验中中断服务程序首地址固定为“0AH”。当全部微程序流程图设计完毕