四、思考题
１．ＣＰＵ响应中断的条件是什么？ 答：1、有中断源发出的中断请求；
2、中断总允许位EA=1，即CPU开中断；
3、申请中断的中断源的中断允许位为1，即中断没有被屏蔽；
4、无同级或更高级中断正在被服务； 5、当前的指令周期已经结束
２．中断源的中断向量地址是通过数据线还是地址线送给ＣＰＵ？ 答：数据线
３．ＣＰＵ响应ＤＭＡ请求后，其地址线、数据线和控制线引脚出现什么状态？
答：高阻态
实验四 基本运算器实验
一、实验目的
了解运算器的组成结构；掌握运算器的工作原理。
二、实验内容
运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器 B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），控制信号S3..S0、CN_I决定哪个部件工作、对操作数进行何种运算，S3..S0通过多路选择开关选择这个部件的结果作为ALU的输出；如果运算影响进位标志FC、零标志FZ、正负标志位FS，在T3状态的下降沿，结果分别锁存到FC、FZ、FS ；I是中断允许标志位。ALU中所有模块集成在一片 CPLD中。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，后一节有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。移位运算采用的是8×8位桶形移位器，这样，可以使所有的移位操作都可以一次完成。下图是一个4×4位桶形移位器
所有的输入通过交叉开关与所有的输出端相连。
如右移2位，第2条对角线(右移2)上的2个交叉开关接通，即第3位(in[3])右移至第1位(out[1]),第2位(in[2])移至第0位(out[0])。
又如右环移1位，第3条对角线(右移1)和第7条对角线(左3，3=4-1)同时有效，即可方便地实现右环移。
逻辑左移/右移只须把没连接的输出位同时充以“0”即可实现；算术右移也只须把没连接的输出位用符号位填充即可。
运算器部件由一片CPLD实现。ALU的输出通过三态门连到CPU内部数据总线（iDBus）上，另外还有指示灯标明进位标志FC、零标志FZ、正负标志FS。请注意：图中T1、T2、T3、nRST已与CON单元相连，其它信号都来自于ALU单元的排针上。
实验仪所有单元的T1、T2、T3、nRST已与控制台（CON）单元的T1、T2、T3、nRst连接，nRst提供复位信号；T1、T2、T3是一个微指令周期的三个节拍，高电平有效，瞬间只有一个信号有效，初始状态T1、T2、T3都是低电平。wA（允许写暂存器A）、wB(允许写暂存器B）、rALU(允许ALU结果输出到内部数据总线（iDBus）上)，都是低电平有效。
暂存器A和暂存器B的数据能在 LED灯上实时显示，原理如下图：
进位标志FC、零标志FZ、正负标志FS、内部数据总线 iD7?iD0的显示原理与此类似；B、寄存器R0-3、堆栈寄存器SP、标志寄存器PSW（含FC、FZ、FS、I）共用R_0..R_7八个发光二极管，通过Select按键选择，按键上方的发光二极管指示R_0..R_7显示那个寄存器的值。
ALU功能表 运算类型 S3 S2 S1 S0 CN_I 0000 0000 逻辑运算 0001 0010 0011 0100 0101 移位运算 0110 0111 1000 1001 1010 1011 其它 1100 1101 1110 1111 0 1 X X X X 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 X X X F = A （直通） F = B （直通） F = A + B （或） F = A * B （与） F = A ^ B （异或） F = /A （取反） F = A 不带进位循环右移B(取低3位)位 F = A 算术右移一位 F = A 逻辑右移一位 F = A 带进位循环右移一位 F = A 逻辑左移一位 F = A 带进位循环左移一位 F = A + B F = A + B + FC F = A - B F = A - B - FC F = A + 1 F = NEG A (取补) F = A - 1 置FC = CN_I 置I = CN_I （保留） （保留） 功能 （FZ） （FZ） （FZ） （FZ） （FZ） （FZ） （FZ） （FC，FZ） （FZ） （FC，FZ） （FC，FZ，FS） （FC，FZ，FS） （FC，FZ，FS） （FC，FZ，FS） （FZ） （FZ） （FZ） （FC） (I) 算术运算 S3、S2、S1、S0、CN_I为控制信号，FC-进位标志，FZ-零标志，FS-正负标志，I-中断允许标志；表中功能栏内的FC、FZ、FS表示当前运算会影响到该标志。
*表中‘X’表示任意值，下同 1、连线说明： ALU单元：S0..S3(JP18) ALU单元：ALU_D0..ALU_D7(JP25) ALU单元：IN0..IN7(JP22) —— 开关区单元：K20..K23(JP89) —— 扩展区单元：JP62 —— 开关区单元：K0..K7(JP97) ALU单元：wA、wB、rALU、CN_I(JP19) —— 开关区单元：K15..K12(JP92) 2、打开实验仪电源，按CON单元的nRST按键，将ALU的A、B、FC、FZ、FS、I清零；如果EXEC键上方指示灯不亮，请按一次EXEC键，点亮指示灯，表示实验仪在运行状态。
3、给暂存器A赋初值
（1）拨动开关区单元的K7..K0开关，形成二进制数01011000（或其它值）；指示灯亮，表示该位是‘1’，灭为‘0’。
（2）拨动开关区单元K15(wA)、K14(wB)、K13(rALU)、K12(CN_I)开关，赋wA=0（允许写A）、wB=1（禁止写B）、rALU=1(不允许ALU输出)、CN_I=0，按CON单元的STEP按键一次,产生一个T1的下降沿，将二进制数01011000写入暂存器A中，ALU单元的A_7?A_0LED上显示A中的值
4、给暂存器B赋初值
（1）拨动开关区单元的K7..K0开关，形成二进制数10101011（或其它值）。 （2）赋wA=1（禁止写A）、wB=0（允许写B）、rALU=1(不允许ALU输出)、CN_I=0，按CON单元的STEP按键一次,产生一个T2的下降沿，将二进制数10101011写入暂存器B中，ALU单元的R_7?R_0LED上显示B中的值
5、赋wA=1（禁止写A）、wB=1（禁止写B）、rALU(K10)=0,按uSTEP键，进入T3节拍，
节拍 T1、T2、T3无效 （T1=0、T2=0、T3=0） T1 （T1=1、T2=0、T3=0） T2 （T1=0、T2=1、T3=0） T3 （T1=0、T2=0、T3=1） DS169 0 0 1 1 说明：1-亮；0-灭 DS168 0 1 0 1 当rALU(K13)=0，如果S3S2S1S0的值是0000时，T2、T3节拍时，允许ALU结果输出；S3S2S1S0的值是其它数值，T3节拍时，允许ALU结果输出，显示于扩展区的二位数码管、DS94..DS101的LED上。
6、根据后边的“运算结果表”，改变K20（S0）、K21（S1）、K22（S2）、K23（S3）、K12（CN_I）的值，观察并记录运算器的输出。例如：S0=0，S1=0，S2=0，S3=0，ALU的D7_D0 = 58H；FC、FZ、FS、I不变。
注意：只有按CON单元的STEP按键一次，产生一个T3的下降沿，ALU才将标志位FC、FZ、FS、I写入标志寄存器PSW中，才能在ALU单元的FZ、FC、FS、I指示灯上看到结果。
如果实验仪、PC联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果，方法是：打开软件，在星研软件的工具条中选择“运算器实验”，打开运算器实验的数据通路图。
进行上面的手动操作，点击工具条上单节拍或单周期命令图标，数据通路图会反映当前运算器所做的操作。