中断服务程序
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2023年2月27日发(作者：避雷器的工作原理)计算机组成原理中断实
验报告
文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
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
完成日期二〇一六年七月八日星期五
成绩
指导教师
（签名）
计算机组成综合实验任务书
指导教师姓
名
王怀秀系计算机
任务
微程序控制器的设计与实
现
人数32学时1周
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。
实验任务
•基于TEC-9教学实验平台基于原有指令集的基础上设计或扩展
4~8条指令。首先在原微程序控制器指令系统的基础上进行原指
令集的微指令编码的测试，然后利用上端软件，编写用户设计的
微指令，实现指令预定的功能。
实验步骤
•1、进行原实验平台指令集的微程序控制器下指令运行测试；
•2、记录每一条机器指令的指令的执行流程和微命令编码；
•3、画出每一条指令的指令微程序执行流程图；
•4、在原有指令集基础上自行设计或扩展4~8条指令。画出扩展
指令的指令执行流程图；
•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;
=CLK1;
IE:=CLR&INTS#CLR&IE&!INTC;
=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
20HINTS
21HLDAR0,[R2]
22HADDR0,R0
23HADDR0,R0
24HADDR0,R0
25HADDR0,R0
26HADDR0,R0
27HADDR0,R0
28HADDR0,R0
29HJMP[R1]
中断服务程序：
地址指令机器代码
0A0HANDR0,R0
0A1HIRET
（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。
六、实验步骤和实验结果
1、实验程序
主程序：
地址指令机器代码
20HINTS0BH
21HLDAR0,[R2]58H
22HADDR0,R000H
23HADDR0,R000H
24HADDR0,R000H
25HADDR0,R000H
26HADDR0,R000H
27HADDR0,R000H
28HADDR0,R000H
29HJMP[R1]84H
中断服务程序：
地址指令机器代码
0A0HANDR0,R030H
0A1HIRET0A0H
2、接线
微程序控制器与数据通路之间的线可以通过选择开关直接选择。将开关设置
为“微程序”。只需连接数据通路部分的线。
a、数据通路的LDIR接CER、LDPC接LDR4、LDDR1接LDDR2、M1接M2、
LDAR1接LDAR2。
b、指令寄存器IR的输出IR0接双端口寄存器堆的RD0、WR0，IR1接RD1、
WR1，IR2接RS0，IR3接RS1。
C、单脉冲DMC接中断INTR
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，使实验系统处于寄存器加载工作方式KLD。按CLR#按钮，使
实验系统处于初始状态。
1）、在SW7—SW0上设置一个存储器地址，该存储器地址供设置通用寄存器使
用。该存储器地址最好是不常用的一个地址，以免设置通用寄存器操作破坏
重要的存储器单元的内容。例如可将该地址设置为0FFH。按一次QD按钮，
将0FFH写入AR1和AR2。
2）在SW7—SW0上设置01H，作为通用寄存器R1的寄存器号。按一次QD按
钮，将01H写入IR。
3）在SW7—SW0设置21H，按一次QD按钮，将21H写入IR指定的R1寄存
器。
4）在SW7—SW0上设置02H，作为通用寄存器R2的寄存器号。按一次QD按
钮，将02H写入IR。
5）在SW7—SW0设置10H，作为R2的值。按一次QD按钮，将10H写入IR指
定的R2寄存器。
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。
3）置SW7—SW0为01H，按QD按钮，将01H写入存储器10H单元。
写主程序
1）按CLR#按钮，使实验系统恢复初始状态。
2）置SW7—SW0为20H，按QD按钮，将20H写入AR1。
3）置SW7—SW0为0B0H，按QD按钮，将0B0H写入存储器20H单元。AR1自
动加1,变为21H。
4）置SW7—SW0为58H，按QD按钮，将58H写入存储器21H单元。AR1自动
加1,变为22H。
5）重复进行下去，一直到将84H写入存储器29H单元。按CLR#按钮，使实验
系统恢复到初始状态。
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—SW00A0H，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。
1）令DP=0，DZ=0，DB=0，使实验系统处于连续运行状态。
2）置SW7—SW0为20H，作为程序的起始地址。按QD按钮，启动程序从20H
地址运行。中断允许指示灯亮。
3）按INTR按钮，发出一个INTR中断脉冲，请求中断。中断后硬件自动将中
断地址存入中断地址寄存器IAR。微程序地址应为25H。
4）置SW7—SW0为0A0H，这是中断程序的入口地址。将DP由置0改为置1。
按一次QD按钮，将0A0H送入程序计数器PC。微程序地址应为26H。
5）按一次QD按钮，进行取指微操作。微程序地址应为05H。
6）按一次QD按钮，进行置数微操作。微程序地址应为13H。
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。
13）按一次QD按钮，进行取指微操作。微程序地址为05H。此刻，程序已返
回主程序。
由于按下INTR按钮的时间对主程序而言，是随机的，具有不确定性，因此各
次中断地址、R0会具有不同的值。
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。
由于INTC是关中断指令，因此将不会发生中断。
（4）控制存储器代码表
1.微程序控制器信号表
指令当前指
令
CM4CM3CM2CM1CM0
LDAR0，
[R2]
07H10H00H81H20H05H
05H10H00H04H91H10H
15H10H01H04H00H36H
36H10H0CH20H00H34H
34H00H12H00H00H0FH
LDAR1，
[R3]
07H10H00H04H00H05H
05H10H00H04H91H10H
15H10H01H04H00H36H
36H10H0CH20H00H34H
34H00H12H00H00H0FH
ADDR0，R107H10H00H04H00H05H
05H10H00H04H91H10H
10H10H20H00H00H3BH
3BH14H82H20H00H34H
34H00H12H00H00H0FH
JC+507H10H00H04H00H05H
05H10H00H04H91H10H
19H10H00H00H00H0FH
ANDR2，R307H10H00H04H00H05H
05H10H00H04H91H10H
13H10H20H00H00H38H
38H0DH82H20H00H34H
34H00H12H00H00H0FH
SUBR3，R207H10H00H04H00H05H
05H10H00H04H91H10H
11H10H20H00H00H3AH
3AH03H02H20H00H34H
34H00H12H00H00H0FH
STAR3，
[R2]
07H10H00H04H00H05H
05H10H00H04H91H10H
14H10H21H04H00H35H
35H10H06H00H00H0FH
STP07H10H00H04H00H05H
05H10H00H04H91H10H
16H30H00H00H00H0FH
JMP[R1]07H10H00H04H00H05H
05H10H00H04H91H10H
18H10H01H01H20H0FH
INTS00H30H00H02H08H26H
07H10H00H81H20H05H
05H10H00H04H91H10H
1AH10H20H00H00H3AH
3AH03H02H20H00H34H
34H00H12H00H00H0FH
IRET07H10H00H04H00H05H
05H10H00H04H91H10H
1BH10H00H41H20H0FH
2.拓展控制器信号表
指令CM4CM3CM2CM1CM0
XORRd，Rs10H10H04H00H05H
10H00H04H91H10H
10H20H00H00H31H
0BH02H20H00H34H
00H12H00H00H0FH
INCRd，Rs10H00H04H00H05H
10H00H04H91H10H
10H20H00H00H32H
00H02H20H00H34H
00H12H00H00H0FH
DECRd，Rs10H00H04H00H05H
10H00H04H91H10H
10H20H00H00H33H
17H82H20H00H34H
00H12H00H00H0FH
F=A+BRd，Rs10H00H04H00H05H
10H00H04H91H10H
10H20H00H00H24H
0EH02H20H00H34H
00H12H00H00H0FH
流程图
1.微程序流程图
2.拓展程序流程图
10H
XORRd,RsINCRdDECRd
F=1
21H22H23H24H
26H
INTQ=
1
INTQ=
0
OFH
INT
CN
#LD_AR
1
PC_IN
C
LDAR2
P1
TJ,CN
#LDIAR
INTC
10H
P2
CN
#SW_BUS
M4=1
LDPC
00H
CN
#P3
KT
07H
05H
STA
SUB
AND
ADD
LDA
CN
#RS_BU
SLD_A
CN
#LDDR1
CN
#LDDR1
CN
#LDDR1
CN
#LDDR1
RS_BUS
CN
#LDDR1
M1
ALU-BUS
CN
#M
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、XORR1,R2执行结果R1=33H、R2=02H
b、INCR1,R2执行结果R1=34H、R2=02H
c、DECR1,R2执行结果R1=33H、R2=02H
d、F=A+BR1,R2执行结果R1=FFH、R2=02H
七、实验分析与总结
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。
通过这几天的课程设计，使我对计算机组成原理知识有了更加深刻的认识和
理解，对计算机的工作流程有了更具体的了解和认识。非常感谢这次的课程设计
给我带来的知识和学习经验，我真正意识到了实践是理论所不能及的。在今后
我一定会更加努力学习专业知识和技术。