組成原理實驗課程設(shè)計-- 具有簡單中斷處理功能的模型機實驗

1、<p>　　組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計報告</p><p>　　課 題: 具有簡單中斷處理功能的模型機實驗 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、課程設(shè)計目的和意義3</p><p><b>

2、;　　二、設(shè)計原理4</b></p><p>　　三、復雜模型機的設(shè)計與實現(xiàn)6</p><p><b>　　1.數(shù)據(jù)格式6</b></p><p><b>　　2.指令格式6</b></p><p><b>　　3.指令系統(tǒng)7</b></p>

3、<p><b>　　四、總體設(shè)計8</b></p><p>　　1.設(shè)計復雜模型機的監(jiān)控軟件8</p><p>　　2.設(shè)計微程序流程圖8</p><p><b>　　3.轉(zhuǎn)換格式10</b></p><p><b>　　4.實驗接線11</b></

4、p><p>　　5.寫微程序和程序12</p><p><b>　　6.運行程序14</b></p><p><b>　　7.驗證14</b></p><p>　　五、系統(tǒng)測試及實驗截圖15</p><p><b>　　六、總結(jié)20</b><

5、/p><p><b>　　七、參考文獻21</b></p><p>　　一、課程設(shè)計目的和意義</p><p><b>　　實驗目的：</b></p><p>　　1. 了解微程序控制器是如何控制模型機運行的，掌握整機動態(tài)工作過程。</p><p>　　2. 掌握中斷響應(yīng)、中斷

6、處理的流程及實現(xiàn)方法。</p><p>　　3. 定義若干條機器指令，編寫相應(yīng)微程序并具體上機調(diào)試。</p><p>　　4. 在構(gòu)成一臺完整模擬機的基礎(chǔ)上，控制真實的外圍接口芯片，進行基本的接口實驗。</p><p>　　5. 掌握中斷原理及其響應(yīng)流程。</p><p><b>　　意義：</b></p>

7、<p>　　使學生了解模擬機進行中斷處理的流程，熟悉對模擬機的操作，有利于邏輯思維的鍛煉。</p><p>　　是對一學期組成原理實驗課程學習的一次總測試，完成本次實驗是勢在必行，是對課程的很</p><p><b>　　好總結(jié)。</b></p><p><b>　　二、設(shè)計原理</b></p>

8、<p>　　本實驗在實驗八的基礎(chǔ)上，增加三條指令：</p><p><b>　　開中斷指令：</b></p><p>　　助記符 指令格式</p><p>　　STI 01010000</p><p><b>　　關(guān)中斷指令：</b><

9、;/p><p>　　助記符 指令格式</p><p>　　CLI 01100000 </p><p><b>　　中斷返回指令：</b></p><p>　　助記符 指令格式</p><p>　　IRET

10、 01110000</p><p>　　中斷處理的過程如下：系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有一個“中斷允許”標志位，CLI指令使它復位，STI指令使它置位。另設(shè)一個“中斷請求”標志位，只有當“中斷允許”為置位態(tài)時檢測到外部中斷脈沖，才將“中斷請求”置位，否則“中斷請求”為復位狀態(tài)。在某些指令執(zhí)行完正常操作返回之前，進入中斷請求測試，如“中斷請求”為復位狀態(tài)則正常返回。如“中斷請求”為置位狀態(tài)，則將下一條程序的地址壓入堆棧，同時將固定

11、的中斷服務(wù)程序首地址送入程序計數(shù)器，在下一個CPU周期進入中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。</p><p>　　當中斷服務(wù)程序執(zhí)行到“IRET”指令時，進行中斷返回測試，將堆棧中地址彈出送入程序計數(shù)器，在下一個CPU周期進入中斷前程序的執(zhí)行。以上這些操作均由EP1K10實現(xiàn)，有興趣的讀者可查看隨機工程文件total_1.gdf。</p><p>　　與前面實驗一樣，系統(tǒng)設(shè)計的微指令字長共24位，其控制

12、位順序如下：</p><p>　　Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三個字段的編碼方案如表10－2： </p><p><b>　　表10－2</b></p><p>　　注：此處定義P5為中斷請求測試，P3為中斷返回測試。</p><p>　　系統(tǒng)涉及到的微程序流程見圖10-2（圖中各方框內(nèi)為微指令所執(zhí)行的操作，方框外的標號為該條

13、微指令所處的八進制微地址）?？刂撇僮鳛镻4測試，它以CA1、CA2作為測試條件，出現(xiàn)了寫機器指令、讀機器指令和運行機器指令3路分支，占用3個固定微地址單元。（注：CA1、CA2由控制總線的E4、E5給出。鍵盤操作方式時由監(jiān)控程序直接對E4、E5賦值，無需接線。開關(guān)方式時可將E4、E5接至控制開關(guān)CA1、CA2，由開關(guān)來控制。）</p><p>　　在機器指令的執(zhí)行過程中，公用微指令對應(yīng)于圖10-2中01、02、2

14、1地址的微指令。21地址為“譯碼”微指令，該微指令的操作為P（1）測試，測試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本實驗用指令寄存器的前4位（I7-I4）作為測試條件，出現(xiàn)6路分支，占用6個固定微地址單元。如I7—I4相同，則還需進行P2測試，以指令寄存器的I3、I2位作為測試條件，以區(qū)分不同的指令，如MOV、JMP指令和IN、OUT指令。</p><p>　　在執(zhí)行P1測試時，如I7—I0=“01010000”（即STI指令），則

15、將“中斷允許”置位；如I7—I0=“01100000”（即CLI指令），則將“中斷允許”復位；在JMP和OUT指令中進行中斷請求測試，在IRET指令中進行中斷返回測試。本實驗中中斷服務(wù)程序首地址固定為“0AH”。</p><p>　　當全部微程序流程圖設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表10-3即為將圖9-3的微程序流程按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的微代碼表。</p><p>　　三、復雜模型機的

16、設(shè)計與實現(xiàn)內(nèi)容</p><p><b>　　1.數(shù)據(jù)格式</b></p><p><b>　　2.指令格式</b></p><p><b>　　3.指令系統(tǒng)</b></p><p>　　地址 機器指令 助記符 說明 </p>

17、<p>　　00 0060 CLI 關(guān)中斷 </p><p>　　01 0048 IN Ax, KIN “數(shù)據(jù)輸入電路”—>Ax</p><p>　　02 0050 STI 開中斷</p><p&

18、gt;　　03 0044 OUT DISP, AX Ax—>顯示LED</p><p>　　04 0008 JMP 03H 03H—>PC</p><p>　　05 0003 </p><p>　　06 000

19、0 無效空指令</p><p>　　07 0000 無效空指令</p><p>　　08 0000 無效空指令</p><p>　　09 0000

20、 無效空指令</p><p>　　0A 0060 CLI 關(guān)中斷（中斷入口）</p><p>　　0B 0005 MOV Bx, 01H 01H—>Bx</p><p>　　0C 0001 </p>&l

21、t;p>　　0D 0094 ADD Ax, Bx Ax+Bx—>Ax</p><p><b>　　四、總體設(shè)計</b></p><p>　　1.設(shè)計復雜模型機的監(jiān)控軟件</p><p>　　2.設(shè)計微程序流程圖</p><p><b>　　控制開關(guān)</b&

22、gt;</p><p><b>　　00 </b></p><p><b>　　P(4)測試 </b></p><p>　　MWE（10） MRD(00) RUN(11)</p><p>　　PC

23、 AR,PC+1 21 PC AR,PC+1 20 23</p><p>　　(D_INPUT) D_BUS LT1 24 RAM D_BUS LT1 22 01</p><p>　　LT1 RAM 30

24、 LT1 LED 27 </p><p>　　圖10-2 微指令流程圖</p><p><b>　　3.轉(zhuǎn)換格式</b></p><p><b>　　4.實驗接線</b></p><p>　　采用鍵盤方式時見連線圖10-3。（連線時應(yīng)按如下方法：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自

25、己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上）。采用開關(guān)方式時，接線作如下改動：</p><p>　　斷開控制總線C1——C6和F4——F1上的接線</p><p>　　數(shù)據(jù)輸入電路DIJ1 接 數(shù)據(jù)總線BD7-----BD0</p><p>　　數(shù)據(jù)輸入電路DIJ2 接

26、 數(shù)據(jù)總線BD15-----BD8</p><p>　　數(shù)據(jù)輸入電路DIJ-G 接 I/O控制電路Y3</p><p>　　微控器接口UAJ1 接 控制開關(guān)電路UA5---UA0</p><p>　　脈沖源及時序電路fin 接 脈沖源及時序電路f/8<

27、;/p><p>　　脈沖源及時序電路T4—T1 接 控制總線T4---T1</p><p>　　控制開關(guān)電路CA1 接 控制總線E4</p><p>　　控制開關(guān)電路CA2 接 控制總線E5</p><p><b>　　5.寫微程序和程序

28、</b></p><p><b>　　1、寫微代碼：</b></p><p>　　將開關(guān)K1K2K3K4撥到寫狀態(tài)即K1 off、K2 on、K3 off、K4 off，其中K1、K2、K3在微程序控制電路，K4在24位微代碼輸入及顯示電路上。在監(jiān)控指示燈滾動顯示【CLASS SELECt】狀態(tài)下按【實驗選擇】鍵，顯示【ES--_ _ 】輸入10，按【確認

29、】鍵，顯示為【ES10】，再按下【確認】鍵。</p><p>　　監(jiān)控顯示為【CtL1=_】，輸入1顯示【CtL1_1】，按【確認】。</p><p>　　監(jiān)控顯示【U-Addr】，此時輸入【000000】6位二進制數(shù)表示的微地址，然后按【確認】鍵，監(jiān)控指示燈顯示【U_CodE】，顯示這時輸入微代碼【007F90】，該微代碼是用6位十六進制數(shù)來表示前面的24位二進制數(shù)，注意輸入微代碼的順序

30、，先右后左，按【確認】鍵則顯示【PULSE】，按【單步】完成一條微代碼的輸入，重新顯示【U-Addr】提示輸入第二條微代碼地址。</p><p>　　按照上面的方法輸入表10-3微代碼,觀察微代碼與微地址顯示燈的對應(yīng)關(guān)系（注意輸入微代碼的順序是由右至左）。</p><p>　　2.讀微代碼及校驗微代碼：</p><p>　　先將開關(guān)K1K2K3K4撥到讀狀態(tài)即K1

31、off、K2 off、K3 on、K4 off，按【RESET】按鈕對單片機復位，使監(jiān)控指示燈滾動顯示【CLASS SELECt】狀態(tài)。</p><p>　　按【實驗選擇】鍵，顯示【ES--_ _ 】輸入10，按【確認】鍵，顯示【ES10】。按【確認】鍵。</p><p>　　監(jiān)控顯示【CtL1=_】時，輸入2，按【確認】顯示【U_Addr】 ，此時輸入6位二進制微地址，進入讀代碼狀態(tài)。再

32、按【確認】顯示【PULSE】，此時按【單步】鍵，微地址指示燈顯示輸入的微地址，同時微代碼顯示電路上顯示該地址對應(yīng)的微代碼，至此完成一條微指令的讀過程。</p><p>　　此時監(jiān)控顯示【U_Addr】，按上述步驟對照表10-3檢查微代碼是否有錯誤，如有</p><p>　　錯誤，可按步驟1重新輸入微代碼。</p><p><b>　　3、寫機器指令<

33、/b></p><p>　　先將K1K2K3K4撥到運行狀態(tài)即K1 on、K2 off、K3 on、K4 off，按【RESET】按鈕對單片機復位，使監(jiān)控指示燈滾動顯示【CLASS SELECt】狀態(tài)。</p><p>　　按【實驗選擇】鍵，顯示【ES--_ _ 】輸入10，按【確認】鍵，顯示【ES10】，再按【確認】。</p><p>　　監(jiān)控顯示【CtL1

34、=_】,按【取消】鍵，監(jiān)控指示燈顯示【CtL2=_】，輸入1顯示【CtL2_1】表示進入對機器指令操作狀態(tài)，此時撥動CLR清零開關(guān)（在控制開關(guān)電路上，注意對應(yīng)的JUI應(yīng)短接）對地址寄存器、指令寄存器清零，清零結(jié)果是微地址指示燈和地址指示燈全滅。如不清零則會影響機器指令的輸入?。。〈_定清零后，按【確認】。</p><p>　　監(jiān)控顯示閃爍的【PULSE】，按【單步】鍵，微地址顯示燈顯示“010001”時，再按【單步

35、】，微地址顯示燈顯示“010100”，地址指示燈顯示“00000000”，此時按【確認】鍵，監(jiān)控指示燈顯示【data】，提示輸入機器指令“60”或“0060”（兩位或四位十六進制數(shù)）,輸入后按【確認】，顯示【PULSE】，再按【單步】，微地址顯示燈顯示“011000”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“0000000001100000”，即輸入的機器指令。</p><p>　　再連續(xù)按【單步】，當微地址顯示燈再次顯示“0101

36、00”時，按【確認】輸入第二條機器指令。依此規(guī)律逐條輸入表10-4的機器指令，輸完后，可連續(xù)按【取消】或【RESET】鍵退出寫機器指令狀態(tài)。注意，每當微地址顯示燈顯示“001100”時，地址指示燈自動加1顯示。如輸入指令為8位，則高8位自動變?yōu)?。</p><p>　　4.讀機器指令及校驗機器指令：</p><p>　　在監(jiān)控指示燈顯示【CtL2=_】狀態(tài)下，輸入2，顯示【CtL2_2】，

37、表示進入讀機器指令狀態(tài)，按步驟4的方法撥動CLR開關(guān)對地址寄存器和指令寄存器進行清零，然后按【確認】鍵，顯示【PULSE】，連續(xù)按【單步】鍵，微地址顯示燈（黃色）顯示從“000000”開始，然后按“010000”、 “010010” 、“010110”方式循環(huán)顯示。當微地址燈再次顯示為“010000”時，輸出顯示數(shù)碼管上顯示寫入的機器指令。讀的過程注意微地址顯示燈，地址顯示燈和數(shù)據(jù)總線指示燈的對應(yīng)關(guān)系。如果發(fā)現(xiàn)機器指令有誤，則需重新輸入

38、機器指令。</p><p>　　注意：機器指令存放在RAM里，掉電丟失，故斷電后需重新輸入。</p><p><b>　　6.運行程序</b></p><p>　　在監(jiān)控指示燈顯示【CtL2=_】狀態(tài)下，輸入3，顯示【CtL2_3】，表示進入運行機器指令狀態(tài)，按步驟4的方法撥動CLR開關(guān)對地址寄存器和指令寄存器進行清零，然后按【確認】鍵，顯示【

39、run CodE】，表示運行程序，可以【單步】運行也可以【全速】運行程序，觀察實驗運行結(jié)果。</p><p><b>　　7.驗證</b></p><p><b>　　1）單步運行結(jié)果</b></p><p>　　在監(jiān)控指示燈顯示[run code]狀態(tài)下，連續(xù)按[單步]鍵，可單步運行程序。當微地址顯示燈顯示“001111

40、”時，按[單步]，監(jiān)控指示燈顯示[data]，此時輸入數(shù)據(jù)1000，按[確認]，再連續(xù)按[單步]。當微地址顯示燈顯示“001101”時，按[單步]，輸出顯示電路數(shù)碼管結(jié)果為1000。此時可按一次單脈沖鍵，再連續(xù)按[單步]。當微地址顯示燈再次顯示“001101”時，按[單步]，輸出顯示結(jié)果為1001。以后每按一次單脈沖鍵，經(jīng)若干[單步]后，輸出顯示結(jié)果均自動加1。</p><p><b>　　2）全速運行

41、結(jié)果</b></p><p>　　在監(jiān)控指示燈顯示[run code]狀態(tài)下，按[全速]鍵，開始自動執(zhí)行程序。在監(jiān)控指示燈顯示[data]時輸入數(shù)據(jù)，按[確定]鍵，程序繼續(xù)運行，此時可由數(shù)碼管顯示輸入的數(shù)據(jù)。此后，每按一次單脈沖鍵，輸出顯示結(jié)果均自動加1。</p><p>　　五、系統(tǒng)測試及實驗截圖圖10-4 文件寫入FPGA 所需的軟件max+plus2</p>

42、<p>　　圖 10-5 ：選擇文件界面</p><p>　　圖 10-6 ：選擇好所需的文件 total_1.pof</p><p>　　圖 10-7 ：文件寫入中</p><p>　　文件寫入完成后，就開始按照實驗步驟實驗。</p><p>　　圖 10-8 ：線路接好后的樣子（寫入文件中）</p><p

43、>　　圖 10-9：寫入完微代碼</p><p>　　圖 10-10：寫入完機器指令</p><p>　　圖 10-10：輸入數(shù)據(jù) 1000</p><p>　　圖 10-11：執(zhí)行一次中斷處理，運行（1000+1）=1001</p><p>　　圖 10-12：在執(zhí)行一次中斷處理，運行（1001+1）=1002</p>

44、<p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　通過這次實驗了解微程序控制器是如何控制模型機運行的，掌握整機動態(tài)工作過程;掌握了中斷響應(yīng)、中斷處理的流程及實現(xiàn)方法; 定義了若干條機器指令，編寫相應(yīng)微程序并具體上機調(diào)試。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計體會到團隊合作的重要性，在做實驗的過程中細心和耐心也是非常重要的。還讓我相信，只要自己在每一次

45、實踐中都能仔細思考，課程設(shè)計其實都不會很難,關(guān)鍵在于自己能不能認真思考,能不能親自動手做實驗，而不是想著其他人的勞動果實,其次你還要多操作,只有多操作才能從中發(fā)現(xiàn)問題,才能及時向老師和同學請教,解決問題,從而更好的掌握書本中知識。還有通過這次實踐也讓我懂得了:學校安排課程設(shè)計目的不在于你做了多少,不在于你做得好不好,關(guān)鍵在于你能否認真去對待,在于你能否通過這次設(shè)計對課本上知識有了更深刻的認識,在于能否從中學到書本上學不到的知識。因此，我

46、會認真地對待我的每一次實驗。</p><p>　　最后感謝老師的指導!</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　計算機組成原理/唐朔飛編著. —2 版.北京</p><p>　　高等教育出版社，2008.1（2012.5重?。?lt;/p><p>　　2．EL-JY-Ⅱ型計算

47、機組成原理實驗系統(tǒng)（16位）實驗指導書3．《計算機組成原理實驗指導書與習題集》（王成，周繼群，蔡月茹著）清華大學出版社出版4．《計算機組成原理》（第二版）　李文兵編著　清華大學出版社出版5．《計算機體系結(jié)構(gòu)》（第二版）　張晨曦 王志英 張春元 戴蔡 肖曉強　　高等教育出版社出版7．《ＴＨ－union教學計算機系統(tǒng)實驗指導書》　王誠　劉衛(wèi)東　宋佳興編著　清華大學出版社出版8．小型微型計算機系統(tǒng)（Mini-Micro Sy