输入输出系统

输出接口可以用来连接实验板上的LED指示灯，如虚拟实验板有36个可设置为红色或绿色的LED指示灯。模型机系统设计了2个数据寄存器作为输出接口， 1个8位接口寄存器的输出端连接到8个绿色LED，1个16位接口寄存器的输出端连接到16个红色LED，寄存器的输入端与系统数据总线相连，CPU不仅可以输出数据改变LED的状态，也可以从寄存器读回数据。输出接口的逻辑框图见图 2，其中“写入”由该接口的地址译码信号和主存写信号相与产生，“读出”由该接口的地址译码信号和主存读信号相与产生。

输入接口可以用来连接实验板上的拨动开关。如虚拟实验板有36个拨动开关和20个按键，模型机系统设计了4个输入接口连接到这些拨动开关和按键。每个输入接口含有1个16位的数据寄存器和1个1位的状态寄存器，如图 3所示。4个输入接口的时钟分别连接到虚拟实验板的PB0~PB3四个按键，而输入数据则共用16个拨动开关。

当按下某一个PB[i]按键时，将16个拨动开关作为数据打入该接口的数据寄存器，同时状态寄存器置1；状态寄存器的输出Ready[i]可以作为中断请求送给中断控制器；CPU读该接口数据寄存器时，数据寄存器读信号打开三态门，将数据寄存器的内容输出到DB数据总线，同时将状态寄存器清零。

4个输入接口共用一个“状态寄存器”地址，由4个输入接口的状态位拼接成一个4位状态字，可以由CPU通过数据总线读出。如图 4，实际上这里并没有“寄存器”，只有三态缓冲器将4个输入接口中的状态寄存器的输出Ready[i]输出到数据总线上。

下面的程序是一个查询输入程序。它首先测试开关输入接口0的状态寄存器，如果有数据则读出开关输入接口的内容并送给红色LED接口显示。

TEST指令与AND指令类似，只是逻辑与的结果不保存到目的操作数，但是影响PSW中的标志位。和CMP指令一样，编程时TEST指令通常与条件转移指令配合使用。

上面程序运行时如果没有输入数据，则循环测试状态寄存器；然后用拨动开关设置输入数据，按下PB0键将数据保存在输入寄存器中，此时测试状态寄存器为1，因此结束循环，执行MOV指令将输入数据寄存器0的值（开关输入的数据）显示在红色LED上。

中断控制器的组成如图 5所示。中断屏蔽寄存器的地址是FF00H，因为模型计算机的外设与主存统一编址，故可以使用MOV指令访问FF00H地址实现对中断屏蔽寄存器写入或读出。

中断系统采用向量中断方式，当CPU响应中断时，发出INTA信号，将中断向量地址（向量编码）送到数据总线。中断向量表的首地址是0000H，每个中断向量占用一个存储单元，存放该中断服务程序的入口地址。向量地址与中断源的对应关系见表 3。

CPU内部有一个允许中断触发器IE，用来控制是否响应中断。IE可以由一个带有清0和置1端口的D触发器实现。

中断相关的指令有开中断指令EI（Enable Interrupt）、关中断指令DI（Disable Interrupt）和中断返回指令RETI。EI和DI指令使允许中断触发器置1或清0。此外还有处理中断响应的操作类似于一条指令，称为中断隐指令。

每条指令执行结束时，检测是否有中断请求（INTR有效）并且CPU是否允许中断（IE有效），如果是，则µAR₇ =1；否则µAR₇ =0。微地址的形成逻辑为：

µAR_8,6-0 = NA_8,6-0，

µAR₇ = INTR·IE

假设NA=000H，则两分支的微地址分别是000H和080H，080H是中断隐指令的微程序入口。

图 6是增加了输入输出的JUC-3教学模型计算机的结构，和基本模块的数据通路相比，增加了输入输出接口和中断机构，因为在中断过程中需要将PSW保存到堆栈，增加了PSW和内部总线之间的连接通路。

相应地需要增加一些微命令，扩充后的微指令格式见表 4，增加的微命令位于F7字段，其中PSWoe和PSWcei微命令控制图 6中PSW和内部总线之间的信息传递，INTA微命令控制图 5的向量地址向数据总线的信息传递。SIE（Set IE）和CIE（Clear IE）微命令控制允许中断触发器，SIE将其置1，即开中断，CIE将其清零，即关中断。