计算机组成原理
PC为Addr地址总线；当E/M=“1”时，主存以当前AR为Addr地址总线。
⑹下址段
由M18~M8组成μD10~μD0共十一位下址微总线，在下址形成时段M18~M8输出下续微地址总线。
4. 取址微操作流程
取指周期是每条指令都要经历的周期，因此取指周期的操作称为公操作。在取指周期完成将现行指令从存储器中取出送往指令寄存器IR，并执行PC+1，指向程序指令的下址。
从上图001号微单元所示的取指流程可知，“取指”按字节方式分时实现，执行时首先把操作码所在字节打入指令寄存器IR偶单元，然后把PC+1单元的内容打入IR奇单元，执行操作数的存储。在同一机器周期内按字节方式分时实现十六位指令寄存器的打入操作。
五、控制器特约定义
为了迫使微程序控制器在上电或复位时按照预设的初始微操作信息步入正常工作状态，我们按照通用机设计规范强制定义了三个关联单元的微控制格式。
1. 初始复位单元微程序定义 ⑴初始复位微地址
控制器的微地址计数器?PC初始复位状态为零，上电时微计数器自动淸零，实验中按【返回】键亦可实现微计数器的手动淸零。
⑵零微址单元格式
零微址单元的微操作编程为空操作，下址为增量计数方式。其十六进制的指令格式为：
FF FF FF FF FF 微指令控制段
下址段
2. 取指周期微址与微操作定义
控制器定义001h单元为取指微入口，下址由指令译码器ID指定。其十六进制指令格式为：
FF FF 下址段
BF FB FB 微指令控制段
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3. 中断控制微址与微操作定义
控制器定义003h单元为中断响应微入口，下址为增量计数方式。其十六进制指令格式为：
FF FF FE FF F7 微指令控制段
下址段
六、微控制器实践
微控制器的格式及控位定义渉及机器指令的设计，我们结合模型机运用实践加予阐述与论正。这里围绕微控制器的顺序控制，以“取指”微操作所形成的微入口作为切入点，用手控方法模似微控制器的顺序控制过程，验证微控制器的基本工作原理。
1. 指令微地址的形成实验
我们默认操作码段的字长为八位，从PC零地址开始，向EM主存写入指令码，然后模拟“取指”微操作中机器指令起始微地址的形成。
① K23~K0置“0”，按【返回】键迫使PC=0，向程序段依次写入00h、80h、0C0h、0FFh。
I/O置数I/O=8000hX2 X1 X0=011XP W=10按[返回]写数据[00]=IOL:00E/M=0，IP=0MWR=1按[单拍]写数据[01]=IOH:80IP=1,XP=0按[单拍]I/O置数I/O=FFC0h写数据[02]=IOL:C0XP=1按[单拍]写数据[03]=IOH:FFXP=0按[单拍]
②机器指令写入成功后，令K23~K0为“0”，灭M23~M0控位显示灯，然后令IP、IR=11，点亮M22、M2控位显示灯，按【单拍】按钮执行取指微操作，把指令码00h打入ID指令译码器，?PC自动转入机器指令“00h”的微入口地址600h，ID按下流程完成取指微操作。
关闭控位K23～K0=0按[返回]取指PC+1IR=1，IP=1按[单拍]逻辑左移1位0000 0000加基地址0600h后续微地址uPC=0600h
③保持当前“取指”状态，每按一次【单拍】按钮，?PC依次变址为700h、780h、7FEh??随机，当PC≥004h后，每按一次【单拍】按钮，?PC随机散转。
2. 后续微地址的形成实验
找到初始微地址，开始执行相应的微程序，每条微指令执行完毕，都要根据要求形成后续微地址。后续微地址的形成方法对微程序编制的灵活性影响很大。本系统采用断定方式，其后续微地址的定义可由设计者指定或由设计者指定的下址与识别判断字段指定的条件组合产生。
⑴增量计数实践
默认当前?PC，K23~K0置“0”，在M23~M0控制灯全灭的状态下，令I?(K4)=1，按【单拍】按钮，?PC执行现行微地址的增1计数操作。
当前uPCIu=1当前uPC+1按[单拍]当前uPC+1按[单拍]当前uPC+1按[单拍]当前uPC+1按[单拍]
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计算机组成原理
⑵绝对变址实践
微程序控制器支持设计者在微程序控制器的004~7FFh范围内任意选择与指定后续微地址。操作方法如下：
变址设置Iu=1，Icz=1Ids=0置后续微址I/O=0100hX2 X1 X0=011XP W=11微变址uPC=0100h按[单拍]置后续微址I/O=0311h微变址uPC=0311h按[单拍]
⑶条件变址实践
条件变址的后续微地址由非因变分量和因变分量两部分组成，非因变分量是由设计者直接指定，对应下址段ud10~ud1。因变分量以当前运算标志为条件产生，对应下址段ud0。
①进位变址实验
我们以准双向I/O部件S10~S0模拟非因变分量部分的微地址，因变分量部分通过进位标志的置位清零操作产生，形成以进位标志为条件的后续微地址。K23~K0置“0”，灭M23~M0控位显示灯，按【返回】键后照下流程操作。
置进位标志CY=1CN=1按[单拍]设非因变分量I/O=0100hX2 X1 X0=011XP W=11，CN=0条件变址uPC=0101hIcz=1按[单拍]清进位标志CY=0CN=1，Icz=0按[单拍]条件变址uPC=0100hCN=0，Icz=1按[单拍]
②零标志变址实验
我们仍以准双向I/O部件S10~S0模拟非因变分量部分的微地址，因变分量部分通过运算操作动态产生零标志，形成以零标志为条件的后续微地址。
首先按【返回】键，清零运算寄存器AX、BX，令X2~X0=000，然后按下流程操作。
置零标志Z=1ALU=1，Icz=0按[单拍]设非因变分量I/O=0200hX2 X1 X0=011XP W=11条件变址uPC=0201hALU=0Icz Ids=11按[单拍]清零标志Z=0S0 ALU=11Icz Ids=00按[单拍]条件变址uPC=0200hIcz Ids=11按[单拍]
⑷中断变址实践
控制器把机器指令最后一个机器周期定义为中断测试微周期，它的后续微地址由取指公用微地址与中断请求源INQ两个部分组成，微总线指定为“001h”，其中ud1=/INQ。当INQ=“1”时，即无中断请求时它的后续微地址为001h，执行机器指令的取指操作；遇INQ=“0”它的后续微地址为003h，执行中断响应微程序。
实验时我们以准双向I/O部件S10~S0模拟产生取指微地址，由中断组成机制产生中断请求信号INQ，观察取指与中断响应微程序入口地址的形成。
实验时用一双头实验导线将中断请求源输入插孔XINT与中断源产生插孔INT相连接，按【返回】键，K23~K0置“0”，灭M23~M0控位显示灯，照下流程实施“取指”与“变址”操作。
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无锡华文默克仪器有限公司 http://www.merke.com.cn 中断请求IEQ灯亮IE=1按[单拍]按[中断]LCD显示INQ=0IE=0中断变址uPC=0003hIu=1Icz Ids=11按[单拍]中断响应IAQ灯亮OP IE=11Iu Icz Ids=000按[单拍]中断服务uPC=0001hOP IE=00Iu Icz Ids=111按[单拍]
实验五 复杂模型机实验
一、实验目的
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
二、实验设备
Dais-CMX16+计算机组成原理教学实验系统一台，实验用导线若干。
三、数据格式及指令系统
1. 数据格式
模型机规定采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下：
7 符号 6 5 4 3 2 1 0 尾 数 其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。 2. 指令格式
模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。
⑴算术逻辑指令
设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：
7 6 5 4 OP-CODE 3 2 1 0 Rs Rd 其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：
Rs或Rd 00 01 10 11 选定的寄存器 R0 R1 R2 R3 9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表7-12-1。 ⑵访问指令及转移指令
模型机设计2条访问指令，即存数（STA）、取数（LDA），2条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进
位转移指令（BZC），指令格式为：
7 6 5 4 3 2 1 0 42
计算机组成原理
0 0 M 2OP-CODE Rd D（低八） D（高八）
其中“0 0 M ”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。D为十六位地址段（低八在前，高八随后），M为源寻址模式，其定义如下：
寻址模式M 有效地址E 00 01 10 11 E = D E = (D) 说明 直接寻址 间接寻址 E = (SP)+D SP变址寻址 E = (PC)+D 相对寻址
⑶ I/O指令
输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：
7 6 5 4 OP-CODE 3 2 0 0 1 0 Rd ⑷停机指令 指令格式如下：
7 6 5 4 OP-CODE 3 2 0 0 1 0 0 0 HALT指令，用于实现停机操作。
3. 指令系统
本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
助记符 LDA M,D,Rd STA M,D,Rd JMP M,D BZC M,D MOV Rd,Rs ADC Rd,Rs SBC Rd,Rs AND Rd,Rs CLR Rd INC Rd CPL Rd RRC Rd RLC Rd
0 0 0 0 0 0 0 0 指令格式 M M M M 00 Rd E→Rd 01 Rd Rd→E 10 00 E→PC 11 00 当CY=1或Z=1时，E→PC 功 能 0 1 0 0 Rs Rd Rs→Rd 0 1 0 1 Rs Rd Rs+Rd+CY→Rd 0 1 1 0 Rs Rd Rs-Rd-CY→Rd 0 1 1 1 Rs Rd Rs∧Rd→Rd 1 0 0 0 00 Rd 0→Rd 1 0 0 1 00 Rd Rd+1→Rd 1 0 1 0 00 Rd Rd→Rd 1 0 1 1 00 Rd CY→Rd 1 1 0 0 00 Rd CY→Rd 43