北京建筑大学
2015/2016 学年第二学期
课程设计
（签名）
计算机组成综合实验任务书
•5、利用上端软件，把所编写的微程序控制器内容写入实验台中控制器中。
•6、利用单拍测试控制器与编程的要求是否一致。
如果有错误重新修改后再写入控制器中。
7、编写一段测试程序，测试控制器运行是否正确。
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
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;
时，
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：
地址指令机器代码
（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）
中断服务程序：。
，IR2
选择开关拔至“微程序”
3、存程序机器代码，设置通用寄存器R1、R2及内存相关单元的数据。
（1）、设置寄存器R1、R2的值
根据要求，设置R1 = 21H，R2的值由实验者自定，假定为10H。
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 = 1，。
01H
02H
寄存6）设置R1、R2结束，按CLR#按钮，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地址开始存10个机器代码：0B0H，58H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，84H。
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#按钮，使实验系统处于初始状态。
2）置SW7—SW0为10H，按QD按钮，将10H写入AR1。
1,变
变为
写中断程序
1）置SW7—SW0为0A0H，按QD按钮，将0A0H写入AR1。
2）置SW7—SW0 为30H，按QD按钮，将30H写入存储器0A0H单元。
3）置SW7—SW0 0A0H，按QD按钮，将0A0H写入存储器0A1H单元。
4）按CLR#按钮，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，按一次控制台的INTR。
进入中断后，用单
QD
7）按一次QD按钮，进行R0 & R0 操作,这时微程序地址应为38H。
观察DBUS总线的值，即为R0的值。
8）按一次QD按钮，进行写回微操作。
微程序地址应为34H。
9）按一次QD按钮，进行判定有无中断请求INTQ微操作。
微程序地址应为0FH。
10）按一次QD按钮，进行取指微操作。
微程序地址应为05H。
11）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QD按钮，进行判有无新的中断操作。
微程序地址为0FH。
流程图 1.微程序流程图 2.拓展程序流程图 10H XOR Rd,Rs INC Rd DEC Rd F=1 21H 22H 23H 24H 实验结果
1、单拍执行程序（SWC=0,SWB=0,SWA==0;DP=1,DZ=0,DB=0）初值：R1=11H ，R2=22H a 、XOR R1,R2 执行结果R1 = 33H 、R2=02H b 、INC R1,R2 执行结果R1 = 34H 、R2=02H
c 、DEC R1,R2 执行结果R1 = 33H 、R2=02H
d 、F=A+B R1,R2 执行结果R1 = FFH 、R2=02H 七、实验分析与总结
JC
STP JMP
IRET INTS OFH OFH OFH OFH OFH
1FH
C=1 C=0
26H INTQ=
INTQ=OFH
INT CN# LDAR2
P1
TJ,CN# 10H
P2
CN#
00H CN#
P3 KT 07H 05H
M4=0 CN# P0 WRD OFH
STA SUB AND ADD LDA 36H CN# CN# 3BH CN# CN# S3,S0
38H CN# M,S3,S1,S0 3AH CN#
S3,S1 35H CN# CN# WRD
CN# CN# CN# CN#
M1 S2,S1 ALU-BUS LDER CN# S3,S2,S1,M S3,S2 WRD
通过这次实验，首先我懂得了什么叫中断，同时学会了中断的调用。
通过亲自动手，能更好的理解本次实验的原理。
在做实验的过程中遇到了各种问题，在此过程中，我通过请教老师，还有班里的同学（特别感谢拍子古，周瑞奇，喀斯等同学）最终成功的的做出来了。
这次实验提高了我的动手操作的能力。