输入输出编程
实验原理
模型计算机输入输出系统的硬件设计见JUC-3模型计算机设计指导，包括拨动开关输入接口和LED输出接口。拨动开关输入接口一共有4个，它们共用16个拨动开关S15～0作为数据输入，由4个按键PB3～0分别作为4个接口的时钟输入，按下某个按键时将开关数据保存到该接口的数据寄存器中。接口包含数据寄存器和状态寄存器，支持查询输入和中断输入。
1. 查询方式输入
图 1是查询输入程序流程图，依次查询4个输入端口的状态位，如果某输入端口对应的状态位为1，表示该端口已经有输入数据在数据寄存器中，从接口的数据寄存器读出数据输出到红色LED显示；并且用绿色LED指示哪个接口收到了数据，L18～L21分别对应PB0～PB3触发的输入。
汇编语言程序见清单 1。FF04H～FF07H是4个输入接口的数据寄存器地址，FF03H是输入接口的状态寄存器的地址，FF01H和FF02H是2个LED输出接口寄存器的地址，有关输入输出接口的详细信息见JUC-3模型计算机设计指导的输入输出部分。
ORG 0030H
L1: MOV #0001H,R0
MOV #FF04H,R1
L2: MOV FF03H,R2
TEST R0,FF03H
JZ `L3
MOV (R1),FF02H
MOV R0,FF01H
L3: SHL R0
INC R1
CMP #0010H,R0
JNZ L2
JMP L12. 中断方式输入
中断系统采用向量中断方式，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。在主程序中，首先初始化中断向量表，也就是将中断服务程序的入口地址填入中断向量表，见图 2；开中断之后，将红色LED接口数据取反；之后一直重复延时、LED取反这个过程，因此红色LED会交替亮灭。
在主程序运行过程中，如果按下PB0～PB3按键将产生中断请求。在各自的中断服务程序中，将开关输入接口的数据输出到红色LED显示，并且将接口序号通过绿色LED指示出来，反映当前中断是哪一个接口产生的。中断服务程序流程见图 3。
3. 中断嵌套
允许中断嵌套的中断服务程序流程图见图 4。在将屏蔽字保存到堆栈、设置新屏蔽字之后，开中断，允许在该中断服务程序中嵌套中断；中断返回之前，还要从堆栈中恢复原来的屏蔽字。中断屏蔽字的地址是FF00H。
实验任务
调试通过所编写的输入输出程序。
1. 查询方式输入
将清单 1的汇编语言源程序通过实验软件输入模型计算机，以指令单步方式运行程序。TEST R0,FF03H 指令运行前，通过拨动开关设置输入数据并记录，按下PB0按键将开关数据保存在接口数据寄存器中，TEST 指令运行后观察PSW的ZF标志位的值并记录，下一条 JZ `L3 指令应根据ZF值决定是否转移。运行到 SHL R0 指令时，观察红色指示灯L15-0的状态与拨动开关设置的输入数据是否一致，以及哪一个绿色指示灯点亮。
第二次执行到 TEST R0, FF03H 指令时，观察R0的值是多少，分析测试的是哪一个输入接口的状态；TEST 指令运行后PSW的ZF标志位的状态反映了该输入接口有没有数据输入，分析运行结果是否正确。
继续以指令单步方式运行程序，通过开关按键设置输入数据，观察相关寄存器和指示灯的变化，理解查询输入程序。
2. 中断方式输入
将编写的主程序和中断服务程序通过实验软件输入模型计算机，复位后通过拨动开关设置输入数据并记录，按下某一按键产生中断请求。以指令单步方式执行一条指令后，观察REQ的值，注意其中哪一位为1；观察INTR的值，分析CPU是否收到中断请求；观察IE的值，分析CPU是否允许中断。在运行到EI开中断指令时，查看并记录主存0000H～0003H单元的内容，这些单元存放的是中断向量，即中断服务程序的入口地址。在开中断指令执行后，再次观察IE的值，分析此时是否允许中断。
继续单步执行一条指令，观察此时程序转向的地址，是不是所按按键的中断服务程序，观察并记录此时堆栈指针SP的值，查看并记录主存中堆栈相关内容，是否与断点地址和当前PSW值相符。通过上述数据，加深理解《计算机组成原理》所学的中断隐指令完成的五个操作。
在中断服务程序中，将开关输入数据输出到红色指示灯L15-0显示，该指令执行后，观察REQ值的变化，分析表明外设中断请求是否已被清除。执行中断返回指令RETI前，观察红色指示灯L15-0和绿色指示灯的状态。中断返回后， 观察并记录IE、SP和PC的值，分析中断返回指令RETI所完成的操作。
复位重新运行程序，在开中断指令执行前，依次按下4个按键“同时”产生4个中断请求，观察中断服务程序的执行顺序，返回主程序时LED指示灯的状态。
3. 中断嵌套
参考图 4流程图，如果要允许中断嵌套，必须在中断服务程序中开中断；开中断前必须设置屏蔽字；设置屏蔽字时，应该使只有优先级比自己高的中断请求才能够被响应，所以屏蔽优先级比自己高的中断，并且必须屏蔽自身。
将编写的允许嵌套的中断服务程序（屏蔽字的设置与硬件优先级一致）通过实验软件输入模型计算机。复位后通过拨动开关设置输入数据，按下PB0和PB3产生中断请求；以指令单步方式运行程序，在开中断指令执行之后，观察程序转向是否转向PB0的中断服务程序；在设置屏蔽字之后，观察PB3的中断请求信号是否被屏蔽（INTR是否有效），也就是有没有中断请求向CPU提出；开中断之后继续在PB0中断服务程序中执行，中断返回后，观察屏蔽字是否恢复，PB3的中断请求是否得以传递给CPU。
复位重新运行程序，在开中断指令执行前，按下PB3按键产生中断请求；在进入PB3中断服务程序后再按下PB0。观察程序的执行以及MASK、REQ、INTR等信号的变化。
复位重新运行程序，在开中断指令执行前，按下4个按键产生4个中断请求；继续单步运行，观察4个中断服务程序的执行顺序。
4. 通过屏蔽字改变优先级
如果要将软件处理优先级改为3→1→0→2，屏蔽字的设置填入下表。
中断源 |
屏蔽字 |
|||
3 |
2 |
1 |
0 |
|
输入接口0 |
||||
输入接口1 |
||||
输入接口2 |
||||
输入接口3 |
||||
按照上表改变前面中断服务程序中的屏蔽字的设置，使得软件处理优先级与硬件响应优先级不一致。复位后通过拨动开关设置输入数据，按下PB0和PB3产生中断请求；以指令单步方式运行程序，在开中断指令执行之后，观察程序转向转向PB0的中断服务程序；在设置屏蔽字之后，观察PB3的中断请求信号是否被屏蔽（INTR是否有效），也就是有没有传递给CPU。
分析上述过程是否正确，即：在PB0和PB3同时有中断请求时，首先按照硬件优先级排队响应PB0的中断请求；但进入中断服务程序开中断之后又会被PB3中断，实际先完成的是PB3的中断服务程序，也就是PB3的软件处理优先级高于PB0的。
复位重新运行程序，在开中断指令执行前，按下4个按键产生4个中断请求；继续单步运行，观察中断服务程序的执行顺序。