计算机组成与体系结构.pdf

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1、 计算机组成与体系结构实验课程编号：ZB10210 课程性质：必修学时数：_90_ 学分数：4.5开课学期：第四学期 适用专业：计算机科学V技 术 先修课程:程序设计基础、计算机导论(-)基本要求1 .通过实验设计验证相关部件工作过程。2.能够根据已学知识编写微程序进行综合设计开发。(-)主要仪器、设备及消耗材料1.硬件要求计算机组成原理及系统结构实验箱ZY15compSysl2BB,50台套以上P4/128M以上内存/40G以上硬盘计算机，50台套以上。2.软件要求操作系统：Windows 2000/XPo(2)MAX+plusII10.2(三)实验项目及学时数序号实验项目内容提要学时数每组

2、人数实验性质实验者实验要求1算术逻辑运算验 证 运 算 功 能 发 生 器(74LS181)的组合功能。22验证本必做2移位运算实验验证移位控制的功能22验证本必做3乘法器设计掌握乘法器的设计原理，观察乘法器输出22设计本必做4内存存取掌握静态随机存储器RAM 的数据读写方法22验证本必做5扩展8255并行口实验掌握8255的编程方法，熟悉其各种使用方法22设计木必做6扩展8253定时器/计数器实验掌握8253的编程及控制应用方法22设计本必做78259中断控制器实验实现中断电路的连接、中断请求、响应、中断编程控制22设计本必做8A微程控器的组成与微程序设计实验编制微程序、并写入，观察微程序的

3、运行42设计本二个选做一个A基本模型机实验将各基本单元组成系统，构造一台基本模型计算机设计木B 复杂模型机实验设计并实现较为完整的模型计算机设计本流水微程序模型机设计实验在以上基础上，构成具有流水功能的模型机设计本8 B硬布线控制器设计实验使用大规模可编程器件完成硬布线控制器的设计42设计本A 基于硬布线控制器的基本模型机设计实了解硬布线模型机的工作原理及设计方法设计本B 基于R I S C 处理器构成的模型机设计与实了解R I S C 机的工作原理及设计方法设计本流水硬布线控制器设计实验学习掌握流水硬布线控制器的设计原理。设计本合计1 8说明:L 标注有“A”、“B”的实验项目表明从“A”、

4、“B”中选作一个即可。2.实验前反认真阅读实验指导书，编写好预习报告，设计好实验数据、步骤；进实验室后要检查预习报告，实验后及时整理实验报告，书写实验心得。实验一算术逻辑运算实验一、实验目的1、掌握简单运算器的组成以及数据传送通路。2、验证运算功能发生器（7 4 L S 1 8 1）的组合功能。二、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图1T所示。其中运算器由两片7 4 L S 1 8 1 以并/串形式构成8位字长的A L U。运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（7 4 L S 2 7 3）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据输入开关用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（7 4 L S 2

5、 4 5）和数据总线相连。运算器的输出图 1-2 中已将实验需要连接的控制信号用箭头标明（其他实验相同，不再说明）。其中除T 4 为脉冲信号，其它均为电平控制信号。实验电路中的控制时序信号均已内部连至相应时序信号引出端，进行实验时，还需将S 3、S 2、S I、S O、C n、M、L D D R 1、L D D R 2、A L U _G、S W_G 各电平控制信号与开关单元中的二进制数据开关进行跳线连接，其中A L U _G、S W G为低电平有效，L D D R 1、L D D R 2 为高电平有效。按动微动开关S TA R T,即可获得实验所需的单脉冲。三、实验步骤及注意事项1、按 图 1

6、2连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）信号单元T1 A/II_ _41-1 T Y2、用输入单元的二进制数据开关向寄存器D R 1 和 D R 2 置数，数据开关的内容可以用与开关对应的指示灯来观察，灯亮表示开关量为“1”，灯灭表示开关量为“0”。以向D R 1 中置入1 1 0 0 0 0 0 1 （C 1 H）和向D R 2 中置入0 0 0 0 0 1 1 （4 3 1 1）为例，具体操作步骤如下：首先使各个控制电平的初始状态为:C L R=L L D D R 1=O,L D D R 2

7、=0,A L U _G=1,S W G=l,S 3 S 2 S I S O M并将控制台单元的开关S P 0 5 打 在“N O R M”状态，然后按下图诙示步骤进行。上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T4 的正脉冲是通过按动次控制台单元的触动开关S TA R T来产生的。S W_G=0L D D R l=lL D D R 2=0T4=n _L D D R 1=O-L D D R 2=1T4=-TL置数完成以后，检验D R 1 和 D R 2 中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（S W_G=1）,打 开 A L U 输出三态门（A L U _G=O）,使A

8、 L U 单元的输出结果进入总线。当设置S 3、S 2、S I,S O、M、C N的状态为1 1 1 1 1 1 时，数据辛元的指示灯显示D R 1 中的数；而设置成1 0 1 0 1 1 时，数据单元的指示灯显示D R 2 中的数，然后将指示灯的显示值与输入的数据进行对比。3、验证7 4 L S 1 8 1 的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）7 4 L S 1 8 1 的功能见表1,可以通过改变S 3 S 2 S I S O M C N 的组合来实现不同的功能，表 中“A”和“B”分别表示参与运算的两个数，“+”表示逻辑或，“加”表示算术求和。表 1-1 7 4 L S 1 8 1 功能

9、表S 3 S 2 S 1soM=0 （算术运算）M=1C N=1 无进位C N=0 有进位（逻辑运算）0000F=AF=A 加 1F二 A00()1F=A+BF=(A+B)力 口 1F=A +B0010P=A+BF=(A+H)力 口 1F=AB0011F=0 减 1F=0F二 00100F=A 力 口 A BF=A加A B加10101F=(A+B)力 口 A BF=(A+B)加A云 加1F 二 B0110F=A减B减1F二 A 减5F=A 80111F=A B 减 1F=A BF=A B1000F=4 力 口 ABF=A 力 口 AB 力 口 1F=A+B1001F=4 力0BF=A 力0 8

10、 力n 1F=A B1010F=(A+B)力UA3F=(A+B)加 AB 加 1F=B1011F=AB 减 1F=ABF=AB1100F=A 力n AF=A 力n A 力 口 1F=11101F=(A+B)力 口 4F=(A+B)力HA 力 口1F二 A+81110F=(A+B)力 口 AF=(A+B)力 口4 力 口 1F=A+61111F二 A 减 1F=AF=A通过前面的操作，我们已经向寄存器DR1写入C1H,DR2写入4 3 H,即A=C1H,B=43H。然后改变运算器的控制电平S3 s2 SI SOM C N的组合，观察运算器的输出，填入表1-2中，并和理论值进行比较、验证74LS1

11、81的功能。表1-2 运算器功能实验表DR1DR2S3S2SIsoM=0（算术运算）M=1CN=1无进位CN=O有进位（逻辑运算）Cl430000F=F=F=Cl430001F=F=F=Cl430010F=F=F=Cl430011F=F=F=Cl430100F=F=F=Cl430101F=F=F=Cl43011()F=F=F=Cl430111F=F=F=Cl431000F=F=F=Cl431001F=F=F=Cl431010F=F=F=Cl431011F=F=F=Cl431100F=F=F=Cl431101F=F=F=Cl431110F=F=F=Cl431111F=F=F=注：连线时应注意Lr

12、n-J表示两个引脚是导通的，指同一个信号；式可表示两个引脚没有导通，指两个不同的信号（以后均不再说明）O四、实验结果1、根据实验步骤1和2,置 数 后DATA BUS单元的指示灯显示DR1中的数为OC1H,显示DR2中的数为 43IL2、运算器功能实验表：DR1DR2S3S2SIsoM=0（算术运算）M=1CN=1无进位CN=0有进位（逻辑运算）Cl430000F=C1F=C2F=3ECl430001F=C3F=C4F=3CCl430010F=FDF=FEF=02Cl430011F=FFF=0F=0Cl430100F=41F=42F=BECl430101F=43F=44F=BCCl430110

13、F=70F=7EF=82C1430111F=7FF=80F=80C1431000F=02F=03F=7FC1431001F=04F=05F=7DC1431010F=3EF=3FF=43C1431011F=40F=41F=41C1431100F=82F=83F=FFC1431101F=84F=85F=FDC1431110F=BEF=BFF=C3C1431111F=COF=C1F=C1五、思考题答案1、运算器的功能是什么？核心部分是什么？答：运算器的主要功能是完成算术及逻辑运算，它由ALU和若干寄存器组成。ALU负责执行各种数据运算操作；寄存器用于暂时存放参与运算的数据以及保存运算状态。运算器的核

14、心部分是算术逻辑运算单元。六、提问及解答1、逻辑运算指的是哪几种运算？总结各种逻辑运算的运算规律。答：有逻辑乘、逻辑非、逻辑加、逻辑与儿种运算，它们的运算都是按位进行的。七.实验心得1、掌握了简单运算器的组成以及数据传送通路。2、验证了运算功能发生器（74LS181）的组合功能。3,第一次实验实验二移位运算实验一、实验目的验证移位控制的功能二、实验原理移位运算实验中使用了一片7 4 L S 2 9 9 作为移位发生器，其八位输入/输出端以排针方式和总线单元连接。2 9 9 _ G 信号控制其使能端，T 4 时序为其时钟脉冲，由S I S O M 控制信号控制其功能状态，列表如下：表 1-3 7

15、 4 L S 2 9 9 功能表2 9 9 _ GS 1soM功能000任意保持0100循环右移0101带进位循环右移0010循环左移0011带进位循环左移任意11任意装数三、实验步骤及注意事项1、按图上6连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）信 号 单 元 T4 匚X-TS4算 术 逻 辑 单 元299 G 321O4NSSSSWC开 关 单 元 O 299 G输 入 单 元SW G-o SW G图 1-6 移位运算实验接线图2、按照如下步骤用输入单元的二进制数据开关把数据写入7 4 L S 2

16、 9 9：首先使各个控制电平的初始状态为：2 9 9 _ G=1,S W _ G=1,S I S O M =1 1 1,C L R=1-0-1,并将控制台单元的开关$P 0 5 打在“N O R M”状态，S P 0 6 打在“R U N”悻，S P 0 3 打在“S T E P”状态，S P 0 4 打在“R U N”状态。然后按下图所示步骤进行。上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T 4 的正脉冲是通过按动一次控制台单元的触动开关S T A R T 来产生的。3、参照前面的表格1-3,改变S O S I M 2 9 9 _ G 的状态，按动触动开关S T A R T,

17、观察移位结果。四、实验结果参照前面的表格1-3,改变S O S 1 M 2 9 9 _ G 的状态，按动触动开关S T A R T,观察移位元结果。表 L3 74LS299菜单2 9 9 _ GS 1soM功能000任意保持0100循环右移0101带进位循环右移0010循环左移0011带进位循环左移任意11任意装数五、思考题答案1、本实验用的移位发生器是什么？其菜单是什么？答：本实验用到的移位发生器是7 4 L S 2 9 9,其菜单见表1-3。实验三乘法器设计实验一、实验目的1、本实验的内容：通过MAX+plusII软件下载程序到实验箱，观察乘法器输出并与理论值比较。2、学生通过本实验熟悉C

18、PLD的应用，掌握4 位数组乘法器的设计原理。3、学生应该按实验指导书的要求按时完成实验报告。二、实验原理硬件乘法器常规的设计通常使用“串行移位”和“并行加法”相结合的方法，这种方法的优点是所需的硬件资源少，但是串行方法速度太慢，不能满足科学技术对高速乘法提出的要求。由于在计算机中乘法运算大约占全部算术运算的1/3,因此采用高速乘法部件十分必要。随着大规模集成电路的发展，高速的单元阵列乘法器应运而生，出现了各种形式的阵列乘法器，提供了极快的计算速度。使用CPLD器件来设计4 位阵列乘法器。4 位乘4 位不带符合的阵列乘法器的逻辑原理如下图l-7oXa3b3a2b2alblaObOa3b0a2b

19、0albOaObOa3bl a2blalblaObla3b2a2b2 alb2a0b2a3b3 a2b3alb3 a0b3p7 p6 p5P4 p3p2plp0图 1-7 阵列乘法器逻辑图依据逻辑图用原理图输入法，把四乘四位不带符合的阵列乘法器设计到CPLD单元芯片MAX7128中。实验用输入单元的高4 位作为b3-bO,低 4 位作为a3-aO,用输出单元的数码管来显示列阵乘法器的结果。三、实验步骤及注意事项1、请参照附录3 提示安装学习MAX+PLUS II软件。2、光盘中提供设计的阵列乘法器文件打开。接通电源，通过MAX+plusH软件，把对应chengfa文件中的mult.pof文件用

20、下载电缆下教到实验箱中。3、按 图 1-8连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）4、用输入单元的二进制数据开关把乘数03H与被乘数02H写入寄存器（在 CPLD器件）中，然后把相乘的结果在输出单元显示。具体按照如下步骤,首先使各个控制电平的初始状态为：SW_G=1,CE=1,WE=1,299_G=1,CLR=1-0-1,并将控制台单元的开关SP05打在“NORM”,开关SP03打在“STEP”,开关SPO4 H 在“RUN”状态，然后按照下面框图所示步骤进行操作。下面方括号中的控制电平变化要按照从

21、上到下的顺序来进行。注意：按动一下控制台单元大鼠标 开 关“START，即可在G_CK得到一个正脉冲“-TL”。5、观察乘法器输出，并与理论值相比较。C E=1WE=1SW_G=129G=1SW_G=1299_G=0C E=OWE=O盛国璋翁寿就湘区建懿弟爆SW_G输入单元四、实验结果用输入单元的二进制数据开关把乘数03H与被乘数02H写入寄存器中，在输出单元显示相乘结果06Ho五、思考题答案1、如果在乘法器的运算结果发生溢出，那么在输出单元会出现什么现象？答：如果在乘法器的运算结果发生溢出，会使得运算结果在移位元过程中发生丢失，将产生错误。试验心得1使用了学习了 MAX+PLUSII软件。2

22、 通过本实验熟悉了 CPLD的应用，掌握4 位数组乘法器的设计原理3 做实验是很要用心的是，要细致实验四存储器实验一、实验目的1、掌握静态随机存储器RA M 工作特性。2、掌握静态随机存储器RA M 的数据读写方法。二、实验内容运用静态随机存储器RA M 进行单步读、写和连续写数据。三、实验仪器1、Z Y 1 5 co mp S y s l2 B B 计算机组成原理及系统结构教学实验箱一台2、排 线 若 干四、实验原理实验所用的半导体静态存储器电路原理如图9所示，实验中的静态存储器由一片6 1 1 6 （2 KX 8）构成，其数据线接至数据总线，地址由地址锁存器（7 4 L S 2 7 3）给

23、出。地址灯L I 0 1 L I 0 8 与地址总线相连，显示地址内容。输入单元的数据开关经一三态门（7 4 L S 2 4 5）连至数据总线，分时给出地址和数据。00_ 0 7图 1-9存储器实验原理图地址总线为8位,接 入 6 1 1 6 的地址A 7 A 0,将 6 1 1 6 的高三位A 8-A 1 0 接地，所以其实际容量为2 5 6 字节。6 1 1 6 有三个控制线：C E （片选线）、0 E （读线）、WE （写线）。本实验中将0 E 常接地，在此情况，当C E=0、WE=0 时进行写操作，C E=0、WE=1 时进行读操作，其写时间与T 3 脉冲宽度一致。实验时，将 T 3

24、脉冲接至实验板上时序电路模块的T S 3 相应插针中，其它电平控制信号由开关单元的二进制开关给出，其中S%G为低电平有效，L D A R为高电平有效。五、实验步骤1、形成时钟脉冲信号T 3,具体接线方法和操作步骤如下：（1）将信号源单元中的C L O C K和 C K（clo ck下方），T S 3 和 T 3 用排线相连。（2）将信号源单元中的两个二进制开关“S P0 3”设置为“RU N”状态、“S P0 4”设置为“RU N”状态（当“S P0 3”开关设置为“RU N”状态、“S P0 4”开关设置为“RU N”状态0 寸，每按动一次触动开关S T A RT,则 T 3 的输出为连续的

25、方波信号。当 S P0 3 开关设置为 S T E P 状态、S P0 4”开关设置为“RU N”状态时，每按动一次触动开关S T A RT,则 T 3 输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。）2、按 图 1 7 0 连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线3、给存储器的0 0、0 1、0 2、0 3、0 4 地址单元中分别写入数据1 1、2 2、3 3、4 4、5 5,具体操作步潮里建洋春嘛骤如下：（以向0 0 号单元写入1 1 为例）首先使各个控制电平的初始状态为：S W _ G=1,C E=1,W E=1,L D A R=O,C L R=1-0-1,

26、P C _ G=1,并将控制台单元的开关S P 05 打 在“NO R M”状态，然后按下图所示步骤进行。图中方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T 3 的正脉冲是通过按动一次控制台单元的触动开关S T A R T 来产生的，而 W E 的负脉冲则是通过让开关单元的W E 开关做l-0 f 1 变化来产生的。SW_G=OLDAR=1T3=-TLSW_G=1LDAR=OSW_G=O WE=LT 4、依次读出第00、0 1、02、03、0 4号单元中的内容，在数据总线单元的指示灯上进行显示，观察上述各单元中的内容是否与前面写入的一致。具体操作步骤如下：(以从0 0号单元读出1 1

27、数据为例)WE=1SW G=1-SW_G=1SW_G=0 T3=n LDAR=0_ L L CE=O _其中AR的值在地址总线单元的指示灯上显示，RAM相应单元的值在数据总线单元的指示灯上显示。六、实验报告1、按实验内容进行单步读、写、连续写。着重写明各开关的状态，并按先后顺序写明操作步骤;2、将存储器的地址和其对应的数据列表记录。七、实验思考题1、静态存储器是靠什么存储信息？动态存储器又是靠什么存储信息？2、静态存储器和动态存储器的优缺点？实验五 扩展8255并行口实验一、实验目的1、了解可编程并行接口芯片8 2 5 5的基本工作原理与工作方式。2、掌握8 2 5 5的编程方法，熟悉其各种使

28、用方法。二、实验原理1、8 2 5 5芯片引脚特性及外部连接(1)8 2 5 5的引脚分配图如图3-1所示I区巨巴巨叵三叵巴四口匹匹卫西匹匹四但巴321O-D5D1O7654O123O12PAWMPARGGNAAPCPCPC小PCPCPCP C3PBPBP B2叫骂网3骂335333?9?3沟23?9药蚂333图 3-1 8255芯片引脚说明(2)外部连接说明暨 引 脚 D 7 D O 连至系统总线C S引脚接至高位地址MP 1 6、MP 1 7 译码出的一位A O、A 1 引脚接至地址总线(数据总线)A O、A 1而 接 至 R D,称 接 至 W ECS.A O、A l、R D,标五个引脚

29、的电平与8 2 5 5 操作关系如表3 1 所示:表 3-1 8255功能表A lA 0R DW RC S操作读:柒作(输入)000I0数据总线f通道A0I0I0数据总线一通道BI00I0数据总线一通道C写，操作(输出)00I00数据总线一通道A0II00数据总线一通道BI0I00数据总线一通道CIII00数据总线一捽制字寄存器断开功能XXXXI数据总线f三态II0I0非法条件XXII0数据总线一三态2、为本实验设计两条指令(1)端口读指令助记符 C I N D,R 0指令格式I I I 0R ID其中第一字节前四位为操作码，D为端口地址，其功能是将端口地址为D的端口内容写入至寄存器R i 中

30、。(2)端口写指令助记符 C O U T R i,D指令格式I I I IR ID其功能是将R i 寄存器中的内容写至以D为端口地址的端口中。3、两条指令的微程序流程可设计为：见表3-2 oC I NkC O U T，37P C f ARPC+1PC-*ARPC+1167471RAM f BUSBUS-ARRAM-BUSBUS-*ARJ70J72D-RIRI-*D右+表 3-2 新增微指令表根据以上的微程序流程图编写微程序,微地址S 3 s C NR DM1 7 M1 6ABpu A 5 0 u A 01 6 进制代码3 600000001 11 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1

31、 1 10 1 E D B 73 700000001 11 1 0 1 1 0 1 1 0 1110010 1 E D B 96 700000000 11 1 0 0 0 0 0 0 0 1110000 0 E 0 3 87 000000001 00 0 1 0 0 0 0 0 0 0000010 1 1 0 0 17 100000000 11 1 0 0 0 0 0 0 0 1110 1 00 0 E 0 3 A7 200000011 00 0 00 0 1 0 0 0 0000010 3 0 2 0 1三、实验步骤及注意事项1、本实验的指令系统是在复杂模型机的指令系统基础上，用 C IN

32、和 C O U T 两条指令代替R R C 和 R LC指令得到的。根据该指令系统，编写一段程序，这里给出一个例子。地址内容 助记符 说明0 04 4 IN R 0 ；输入单元（1 0 0 1 0 0 0 0）-R 00 1F 0 C O U T R 0,0 3 ；R 0-*以 0 3 H 为地址的端口0 20 3 ；地址0 3E 0 C IN 0 0 ,R 0 ；将端口八的内容读至R 00 40 0 ；地址0 5F 0 C O U T R 0,0 1 ；将口0的内容写至端U B0 60 1 ；地址0 76 0 H A LT ；停机在上面的程序中，首先给8 2 5 5 写控制字，将 8 2 5

33、 5 设置成工作方式0,即 A 口输入，B 口输出。该控 制 字（1 0 0 1 0 0 0 0）由输入单元送给寄存器R 0,然后再送给8 2 5 5 （地址端口为0 3 H）。将开关单元中的二进制开关量作为8 2 5 5 的输入，用扩展板上8 2 5 5 单元的发光二极管来显示8 2 5 5 的输出。2、按照图3-3 连线，检查无误后接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分。本实验中，接线时要特别注意V C C 和 G N D 的方向，不能接反，以免烧坏芯片）3、联机下载程序和微程序使用联机软件的文件装载将实验程序和微程序下载

34、到实验箱中，并用软件的读出功能进行检查。本实验参考程序对应的文件名为“扩展8 2 5 5 接口实验.T X T”（联机软件的使用方法参看附录2）。4、运行程序（1）单步运行程序A、使控制台单元的开关S P 0 5 处 于“N O R M”状态，S P 0 6 处 于“R U N”状态，信号源单元中的S P 0 3为“S T E P 状态，S P 0 4 为“R U N”状态,开关单元的开关S W B、S W A 为“1 1”。B、拨动开关单元的总清开关C LR 微地址清零，程序计数器清零，程序首址为0 0 H。按动一次控制台单元的P U LS E,清除控制寄存器和置三个端口为输入方式，使 8

35、2 5 5 复位。C、单步运行微指令，每按动一次控制台单元的S T A R T 触动开关，即单步运行,条微指令。对照3-2微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。D、当运行结束后，检查扩展板8 2 5 5 单元的显示灯指示是否与开关单元中的二进制开关S 3 S 2 S I S O状态一致。(2)连续运行程序A、使控制台单元的开关S P 0 5处 于“N O R M”状态，S P 0 6处 于“R U N”状态，信号源单元中的S P O 3为“R U N”状态，S P 0 4为“R U N”状态，开关单元的开关S W B、S W A 为“1 1”。B、拨动开关单元的总清开关C L R (1

36、 3 0 f 1),微地址及程序计数器清零，按动一次控制台单元的P U L S E,使 82 55复位。然后按动控制台单元的S T A R T 触动开关，系统连续运行程序，稍后将信号源单元中的S P 0 4拨 至“S T O P”时,系统停机。C、停机后，检查扩展板82 55单元的显示灯指示是否与开关单元中的二进制开关S 3 S 2 S I S 0 状态一致。SWASWB来回渝*菽醴*泮UnPl逻辑译码单元篇P4口 黑 RSG SW B-g i LDRI5*I l _l寄存器单元二16EEss1234ppppR sG-LDRILDIR U RDY0S3S2S1开关单元 MC NLDDR2LDD

37、R1r i R OC O U T a ddr10000000 x x x x x x x x；R 0f 8259L A D a ddr10010000 x x x x x x x x；a ddr fR 0图3-6中断流程按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转成十六进制格式文件。01242322212019181716151413121110987654321S3LDR2S1SO1CNRDM17M16ABPuA5uA4uA3uA2uAluAOA字段B 字段p 字段151413控制信号121110控制信号987控制信号000000000

38、001L D R I001R S _G001P l010L D D R 1010R D _G010P 2011L D D R 2011R I _G011P 3100L D I R100299_G100P 4101L O A D101A L U _G101A R110L D A R110P C _G110L D P C111111I N T A111微程 序：$M 00018108$M 0101E D 82$M 0200C 050$M 0300E 004$M 0400B 005$M 0501A 206$M 06959A 20$M 0700E 00F$M 0801E D 8A$M 0901E D

39、8C$M O A O O A O O E$M O B O 18001$M 0C 00200D$M 0D 068A 09S M 0E 078A 08$M 0F 028220$M 10001020$M 1101E D 83$M 1201E D 87$M 1301E D 9AS M 1401E D 9D$M 1501D 381$M 16019201$M 17019201$M 1801E D 9E$M 1901E D A 2$M 1A O O E O 1B$M 1B O O A O 1C$M 1C O 78A 2O$M 1D O O D 1A O$M 1E O O E O 1F$M 1F O 3O 2

40、O 1$M 200180E l$M 21018001$M 2200E 023$M 23009020$M 31418C 32$M 32010E 33$M 33010034$M 34015F 813、8259的工作原理8259是一种可编程的中断优先级管理芯片。中断请求寄存器用来寄存外设来的中断请求信号，有中断请求时置1。然后8259就会向C P U 发出中断请求，C P U 在每条指令结束时如果检测到该请求信号，就会响应相应的中断。要使8259能够正常工作，首先要对它进行初始化。在本实验中我们只做单级中断，所以要对8259写入以下的命令字（8259的具体使用方法参见相关资料）：I C W 1 13

41、HI C W 2 80HI C W 4 03H三、实验步骤及注意事项1、根据该实验的指令系统，编写一段程序，这里给出一个例子。地址内 容助记符说 明初始化：0090L A D R 0,16；16-R 00116；用来存数的地址0280C O U T R 0,40；R 0-*400340；端口地址0490L A D R 0,17；17-R 00517;用来存数的地址0680C O U T R 0,41；R 0-E 410741；端口地址0890L A D R 0,1A；1A -R O091A;用来存数的地址0A80C O U T R 0,43；R 0f 430B43;端口地址主程序：0C00I

42、N R O；输入开关数据一R 00D10A D D R O,15；两数据相加0E15；用来存数的地址0F20S T A R O,I B；R O-*1B 10I B；用来存数的地址1130O U T I B;1B -输出单元显示12I B；用来存数的地址1340J M P 14；O C H-P C,循环运行14O C；跳转地址1501;加数的值1613；I C W 1的值1780；I C W 2的值18771900；用来存放中断程序结果1A03；I C W 4的值中断子程序：8061P U S H R 0；保存R 0 的值8190L A D R 0,18；181-R 08218；用来存数的地址8

43、320S T A R 0,19；R 0-198419;用来存数的地址85300U T 19；把 19 的内容显示在L E D 上86198774P O P R 0;恢复R 0 的值8858R E T I;中断返回程序清单：$P 0090$P 0116$P 0280$P 0340$P 0490$P 0517$P 0680$P 0741$P 0890$P 091A$P 0A 80$P 0B 43$P O C O O$P 0D 10$P 0E 15$P 0F 20$P 101B$P 1130$P 121B$P 1340$P 140C$P 1501$P 1613$P 1780$P 1877$P 190

44、0$P 1A O 3$P 8061$P 8190$P 8218$P 8320$P 8419$P 8530$P 8619$P 8774$P 8858这段程序分为三个部分：第一部分是对8259进行初始化，写入控制字，确定8259的工作模式。完成初始化以后，就进入主程序。主程序为一段循环程序，不断读入输入单元的值，与 R A M 的 15H 单元值相加，然后将结果保存并送输出单元显示。如果主程序执行过程中C P U 检测到中断信号，就会转入中断子程序，将 18H 单元的值取出送入19H 单元保存，并送输出单元显示。2、按图3-8连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。算术逻辑单元1017逻辑译码单元S

45、E1SE6P lP2P3P4SWASWB0SWASWBo口TsOAT4TSn3T3TSn2aT2TSI口口Tl信号单元ALU_GPC_GLDARLOADLDPCPC_GLDARLOADLDPC地址指针单元RS_GLDRIoI,OJ寄存器单元Do.LDDR1Y1W E匚卜CICE_R-H WE_R微控制器单元存储器单元斓因段端外账斓j浮洋郎/LDIR 口，Y0口口Y3WEV1NI2sn_A3Anxsnx碍I5fi3M58IR0 4A0 AO（接到地址总线）A TNT（接到逻辑译码单元）海曜湖轴厢甜押领图3-8 中断实验接线图注意：图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应

46、，可用彩排线的颜色来进行区分。本实验中，接线时要特别注意V C C 和 G N D 的方向，不能接反，以免烧坏芯片。3、联机下载程序和微程序使用联机软件的文件装载将实验程序和微程序下载到实验箱中，并用软件的读出功能进行检查。本实验参考程序对应的文件名为“中断实验.TX T”(联机软件的使用方法参看附录2)。4、运行程序(1)单步运行程序A、使控制台单元的开关SP 0 5 处 于“I N T”状态，SP 0 6 处 于“RUN”状态，信号源单元中的SP 0 3为“STE P”状态，SP 0 4 为“RUN”状态，开关单元的开关SW B、SW A 为“1 1”，SW G (I RO)为“0”。B、

47、拨动开关单元的总清开关C L R(1 9 0 f 1),微地址清零，程序计数器清蒙，程序首址为0 0 H。C、单步运行微指令，每按动一次控制台单元的STA RT触动开关，即单步运行一条微指令。对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。(2)连续运行程序A、使控制台单元的开关SP 0 5 处 于“I N T”状态，SP 0 6 处 于“RUN”状态，信号源单元中的SP 0 3为“RUN”状态，SP 0 4 为“RUN”状态，开关单元的开关SW B、SW A 为“1 1，SW _ G (I R0)为“0”。B、拨动开关单元的总清开关C L R(1 玲0 玲1),微地址及程序计数器清零，然后

48、按动控制台单元的STA RT触动开关，系统连续运行程序，稍后将信号源单元中的SP 0 4 拨 至“STO P”时，系统停机。5、观察结果在程序运行过程中，必须待执行完初始化进入主程序以后方可发中断信号。可以通过观察输出单元的显示来判断是否已经进入主程序，如果输出单元显示变为主程序中的加法运算结果(在例程中该结果应该为输入单元的值加1),则表明可以发中断信号。此时如果需要进行中断，则将开关单元的开关SW _ G(I R0)状态置为“1”，就会给C P U发出中断信号。C P U在每一条指令结束的时候都会检测是否有中时请求，一旦检测到这个信号，就会保护断点，进而转入中断子程序.除了通过观察微程序的

49、流程以外，还可以通过观察输出单元的显示来判断中断程序的执行情况。如果输出单元的显示变为7 7 H (仅针对本例程)，后又恢复原来的值，则表明C P U执行了中断，然后又回到主程序。四、实验结果在程序运行过程中，必须待执行完初始化进入主程序以后方可发中断信号。可以通过观察输出单元的显示来判断是否已经进入主程序，如果输出单元显示变为主程序中的加法运算结果(在例程中该结果应该为输入单元的值加1),则表明可以发中断信号。此时如果需要进行中断，则将开关单元的开关SW G(I R0)状态置为“1”,就 会 给 C P U发出中断信号。C P U在每一条指令结束的时候都会检测是否有中断请求，一旦检测到这个信

50、号，就会保护断点，进而转入中断子程序。除了通过观察微程序的流程以外，还可以通过观察输出单元的显示来判断中断程序的执行情况。如果输出单元的显示变为7 7 H (仅针对本例程)，后又恢复原来的值，则表明C P U执行了中断，然后又回到主程序。五、思考题答案1、什么是中断？中断处理的一般过程是什么？答：中断是C P U 与外部设备交换信息的一种方式。计算机在执行正常程序的过程中，当出现某些异常事件或外部请求时，处理器就暂时中断正在处理的正常程序，转去执行对异常事件或外设请求的处理操作。当处理完毕后，C P U 再回到被暂时中断的程序，接着继续往下执行。这个过程称为中断。中断处理程序一般由四部分组成：