【上海大学计算机组成原理实验报告】七、程序转移机制

一、实验目的

1. 学习实现程序转移的硬件机制。

2. 掌握堆栈寄存器的使用。

二、实验原理

1. 根据实验指导书的相关内容，实验箱系统的程序转移硬件机制在于，当LDPC有效时，如果此时DUBS上的值就是转移的目标地址，则此目标地址被打入PC，从而实现程序的转移；若LDPC为0是附带条件的，就形成“条件转移”。实验箱依靠“PC打入电路”实现“有进位”时转移和“计算结果为0”时转移，以及无条件转移。

2. 为了实现返回时转移的目标一定是调用时转移的出发点，在调用转移时必须把出发地址保存起来，保存的位置应具备同时具备“不被一般用户所知或改变”以及“返回转移时能方便地找到它”的特点。

3. 本实验箱所使用的子程序调用和返回的结构由PC电路和ST组成。

三、实验内容

实验任务一：手动方式实现子程序调用转移过程

假设调用子程序指令的下一条指令存放在11H单元，子程序的入口地址为22H。

（1）实验步骤

1. 注释仪器，打开电源，手不要远离电源开关，随时准备关闭电源，注意各数码管、发光管的稳定性，静待10秒，确信仪器稳定、无焦糊味。

2. 按Reset键初始化系统，并设置实验箱进入手动模式。

3. 按照下表对实验箱线路进行连接：

   

4. 将11H存入PC寄存器。用开关K23~K16，设置数值为11H，并按下表设置对应信号：

   

按下STEP键，将数据送PC。

5. 将PC中的数据压入ST寄存器中。按下表设置对应信号：

   

设置完毕后按下STEP键，将数据压入ST寄存器中。

6. 将22H存入PC寄存器。用开关K23~K16，设置数值为22H，并按下表设置对应信号：

   

按下STEP键，将数据送PC。

7. 将PC加到25H。按下表设置对应信号：

   

按STEP键，观察PC寄存器变化。

（2）实验现象

①将PC(11H)存入 ST( 栈寄存器 )

显示ST:00 PC:11`

②将PC压入堆栈ST中

显示 ST:11 PC:11

③将PC改为22H

显示ST:11 PC:22

④将PC加到25H

显示ST:11 PC:25H

实验任务二：手动方式实现子程序返回转移过程

（1）实验步骤

1. 保持实验任务一的接线，按下表设置对应信号：

按下STEP，观察实验箱情况。

（2）实验现象

ST显示:11；PC显示:11

实验任务三：编程实现OUT寄存器交替显示11和55

要求交替频率为可以清晰辨识，且不小于每秒一次。（实验箱的频率为114.8Hz）

（1）实验步骤

1. 拔下实验箱上的接线，并将开关K23-K16全部置0，开关K15~K0全部置1，按下Reset键初始化系统。

2. 打开电脑上的CP226软件，点击源程序编写如下代码：

   

3. 将文件保存为.asm文件，并进行编译和下载。

4. 通过单微指令运行文件，观察运行情况并记录实验结果。

（2）实验现象

将程序编译和下载后，发现实验箱上的OUT寄存器能正常交替显示11和55。

（3）实验结论

1. 通过手动方式实现子程序调用转移以及返回转移，验证了PC寄存器既可以通过打入初值功能实现程序转移，也可以通过自动加1功能实现程序顺序执行。

2. 通过一系列正确的设计，我们成功地通过CP226软件完成了“让OUT寄存器交替显示11和55”的功能。

四、建议

1. 在测试程序时，如果发现OUT寄存器交替显示的频率过快，应注意L1循环的设计是否合理。

2. 在编写汇编代码时，要注意大小写，当前串行口连接无效时，可切换其他串行口进行实验。

五、体会

通过此次实验，我对程序转移的硬件机制有了更深入的理解。在实验过程中，我最初设计的延时程序段无论怎么调整交替显示的频率还是很快，经仔细分析汇编代码才发现原来自己虽然写了循环递减，但实际上程序运行的时候只减了一次就跳出了循环，这提醒我在后续进行实验时要考虑地更加深入一些。

六、思考题

若要求11和55各显示50次后停机，应该如何修改程序？

答：要实现该功能，应在一个寄存器X中存入100，每当11和55通过OUT输出一次，就将X减1，当X为0时，即表示11和55已经各显示50次，再进行停机操作。