第2章 微型计算机

1、2021-7-9微型计算机原理及应用_宋廷强1 第第2章章微型计算机的基本组成电路微型计算机的基本组成电路 本章教学目的 n通过回顾计算机基本组成电路，引出微机中最常 用的部件名称，并掌握其工作原理，包括ALU、 触发器、寄存器、存储器和总线结构等，使学生 理解数据的存储与流通的原理。 本章 学习要求 1.掌握掌握 p算术逻辑单元、触发器、寄存器、存储器、总线结构算术逻辑单元、触发器、寄存器、存储器、总线结构 p存储器的类型及性能指标存储器的类型及性能指标 p随机存储器随机存储器RAM的结构原理的结构原理(SRAM,DRAM)，只读存储器，只读存储器 ROM的结构原理（的结构原理（PROM,E

2、PROM,EPROM）。）。 2.理解理解 p控制字控制字、数据存储、数据流通的原理、数据存储、数据流通的原理(难点难点)； p典型芯片的引脚及存储器容量的扩展典型芯片的引脚及存储器容量的扩展 本章 主要外语词汇 nALU ：Arithmetic Logical Unit，算术逻辑部件 nRegister：寄存器 nMemory：存储器 nRAM：Random Access Memory,随机存储器 nROM：Read Only Memory，只读存储器 nMDR：Memory Data Register，存储器数据寄存器 nMAR：Memory Address Register，存储器地址寄

3、存器 主要内容 nALUALU、触发器、寄存器、触发器、寄存器 n三态电路、总线结构三态电路、总线结构 n存储器存储器 2.1 算术逻辑部件ALU n主要功能主要功能: :完成逻辑运算完成逻辑运算( (布尔代数布尔代数) ) n符号符号 2.2 触发器 n触发器(trigger)是计算机的记忆装置的基本 单元，也可说是记忆细胞。触发器可以组成寄触发器可以组成寄 存器，寄存器又可以组成存储器。寄存器和存存器，寄存器又可以组成存储器。寄存器和存 储器统称为计算机的记忆装置。储器统称为计算机的记忆装置。 n微型计算机所用触发器一般用晶体管元件而不 用磁性元件。这是因为晶体管元件可以制成大 规模的集成

4、电路，体积可以更小些。 n下面简要介绍RS触发器、D触发器和JK触发器 2.2.1 RS触发器 S端一般称为置位端，使Q=1(Q=0) R端一般称为复位端，使Q=0(Q=1) 图图2.3 RS触发器的符号触发器的符号 时标时标RS触发器触发器为了使触发器在整个机器中能 和其他部件协调工作，RS触发器经常有外加的时 标脉冲。 CLK为时标脉冲。 无论是置位还是复位，都必须在时标脉冲无论是置位还是复位，都必须在时标脉冲 此端为高电位时才能进行此端为高电位时才能进行。 2.2.2 D触发器 nRS触发器有两个输入端S和R。为了存储一个高电位， 就需要一个高电位输入的S端；为了存储一个低电位， 就需要

5、另一个高电位输入的R端。不方便。不方便。 nD触发器是在触发器是在RS触发器的基础上引伸出来的，它只需触发器的基础上引伸出来的，它只需 一个输入端口。一个输入端口。(方向输出方向输出,无不定状态无不定状态) 时标时标D触发器触发器 时标脉冲时标脉冲CLK一般都是方波，一般都是方波，在在CLK处于正半周处于正半周 内的任何瞬间，触发器都有动作的可能，并不能保内的任何瞬间，触发器都有动作的可能，并不能保 证时序电路动作一致性证时序电路动作一致性。 边缘触发的边缘触发的D触发器触发器 为了使计算机的动作整齐划一，总是想由时标 CLK来指挥整个机器的行动，采用时标边缘触发 的方式就可以得到准确划一的动

6、作。 在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置位预先给某个触发器置位(即置即置1) 或清除或清除(即置即置0)，而与时标脉冲以及，而与时标脉冲以及D输入端信号无关输入端信号无关，这 就是所谓预置和清除。 触发器的预置和清除触发器的预置和清除 边缘触发的边缘触发的D触发器在计算机中常用的符号。触发器在计算机中常用的符号。 2.2.3 JK触发器 n在RS触发器前面增加两个与非两个与非 门门，并从输出(Q和Q)到输入(与 门的输入端)作交叉反馈，即可 得到JK触发器。 nJK触发器是组成计数器的 理想记忆元件。 图图2.10 JK触发器触发器 J K Q 动作动作 0 0 保持原状保持原状 自锁状

7、态自锁状态 0 1 0 复位复位 1 0 1 置位置位 1 1 原状态的反码原状态的反码 翻转翻转 JK触发器的工作过程触发器的工作过程 (1) 当当J=0，K=0，触发器保持闭锁状态。，触发器保持闭锁状态。 (2) J=0，K=1，触发器仍处于复位状态，触发器仍处于复位状态(Q=0，Q=1)。 (3) J=1，K=0，触发器就仍处于置位状态，触发器就仍处于置位状态(Q=1，Q=0)。 (4) J=1，K=1，触发器翻转，触发器翻转 JK触发器的符号触发器的符号 2.3 寄存器 n寄存器寄存器(register)是由触发器组成的。是由触发器组成的。一个触发一个触发 器就是一个一位寄存器器就是一

8、个一位寄存器。由多个触发器可以组成。由多个触发器可以组成 一个多位寄存器。一个多位寄存器。 n计数器计数器一个计数脉冲到达时，会按二进制数一个计数脉冲到达时，会按二进制数 的规律的规律累计脉冲数累计脉冲数； n 常见的寄存器有： n缓冲寄存器缓冲寄存器用以用以暂存数据暂存数据； n移位寄存器移位寄存器能够将其能够将其所存的数据一位一位地所存的数据一位一位地 向左或向右移向左或向右移； n累加器累加器用以用以暂存暂存每次在每次在ALU中计算的中间结果。中计算的中间结果。 2.3.1 缓冲寄存器 n其基本工作原理为：设有一个二进制数，共有4位 数： X=X3X2X1X0 n要存到这个缓冲寄存器(b

9、uffer)中去，此寄存器是由 4个D触发器组成的。 n将数据将数据X装到寄存器中去的过程装到寄存器中去的过程 上述缓冲寄存器的数据上述缓冲寄存器的数据X输入到输入到Q只是受只是受CLK的节拍管理，的节拍管理， 即只要一将即只要一将X各位加到寄存器各位的各位加到寄存器各位的D输入端，时标节拍输入端，时标节拍 一到，就会立即送到一到，就会立即送到Q去。去。有时想让其中的数据多留一些有时想让其中的数据多留一些 时间，但由于不可控之故，在时间，但由于不可控之故，在CLK正前沿一到就会立即被正前沿一到就会立即被 来到门口的数据来到门口的数据X替代掉。替代掉。 可控缓冲寄存器可控缓冲寄存器 自锁(LOA

10、D=0)和装入 (LOAD=1) 在在X0端送入数据端送入数据(0或或1)后，后， 如如LOAD端端(以下简称为以下简称为L端端)为低电位，则右边的与门被阻塞，为低电位，则右边的与门被阻塞，X0 过不去，而原来已存在此位中的数据由过不去，而原来已存在此位中的数据由Q0送至左边的与门。此与送至左边的与门。此与 门的另一端输入从非门引来的与门的另一端输入从非门引来的与L端反相的电平，即高电位。所以端反相的电平，即高电位。所以 Q0的数据可以通过左边的与门，再经或门而送达的数据可以通过左边的与门，再经或门而送达D0端。这就形成端。这就形成 自锁，即既存的数据能够可靠地存在其中而不会丢失。自锁，即既存

11、的数据能够可靠地存在其中而不会丢失。 LOAD门工作原理：门工作原理： 如如L端为高电位，则左边与门被阻塞而右边与门可让端为高电位，则左边与门被阻塞而右边与门可让X0通通 过，这样过，这样Q0的既存数据不再受到自锁，而的既存数据不再受到自锁，而X0可以到达可以到达D0端。端。 只要只要CLK的正前沿一到达，的正前沿一到达，X0即被送到即被送到Q0去，这时就叫做去，这时就叫做 装入装入(LOAD)。一旦装入之后，。一旦装入之后，L端又降至低电平，则利用端又降至低电平，则利用 左边的与门，左边的与门，X0就能自锁而稳定地存在就能自锁而稳定地存在Q0中。中。 上面的门电路称作“L门” ：高电平时使数

12、据装高电平时使数据装 入，低电平时数据自锁在其中。入，低电平时数据自锁在其中。 对于多位的寄存器，每位各加一套L门电路。 可控缓冲寄存器的符号可控缓冲寄存器的符号 2.3.2 移位寄存器 n移位寄存器移位寄存器(shifting register)能将能将 其所存储的数据逐位向左或向右移动其所存储的数据逐位向左或向右移动， 以达到计算机在运行过程中所需的功以达到计算机在运行过程中所需的功 能，例如用来判断能，例如用来判断最左边的位是最左边的位是0或或1 等等。电路原理图如图。电路原理图如图2.16所示。所示。 图图2.16 移位寄存器简化原理移位寄存器简化原理 CLK前沿未到 Q=Q3Q2Q1

13、Q0=0000 左移寄存器的左移过程：左移寄存器的左移过程： 第1前沿来到Q=0001 第2前沿来到Q=0011 第3前沿来到Q=0111 第4前沿来到Q=1111 第5前沿来到，如此时Din仍为1，则Q不变，仍为1111。 和缓冲寄存器一样，在整机运行中，移位寄存器和缓冲寄存器一样，在整机运行中，移位寄存器 也需要另有控制电路，以保证其在适当时机才参也需要另有控制电路，以保证其在适当时机才参 与协调工作。这个电路和图与协调工作。这个电路和图2.13一样，只要在每一样，只要在每 一位电路上一位电路上增加一个增加一个LOAD门门(L门门)即可达到控制即可达到控制 的目的。的目的。 可控移位寄存器

14、可控移位寄存器 SHL左移左移(shift to the left) SHR右移右移(shift to the right) 2.3.3 计数器 n计数器计数器(counter)是由是由若干个触发器若干个触发器组成的寄组成的寄 存器，计数器也是一种寄存器存器，计数器也是一种寄存器 n行波计数器行波计数器 n同步计数器同步计数器 n环形计数器环形计数器 n程序计数器程序计数器 特点：能够把存储在其中的数字加特点：能够把存储在其中的数字加1。 主要计数器有：主要计数器有： 行波计数器 n第第1个时钟脉冲促使其最低有效位个时钟脉冲促使其最低有效位(least significant bit,LSB)

15、加加1，由，由0变变1。第。第2个个 时钟脉冲促使最低有效位由时钟脉冲促使最低有效位由1变变0，同时推，同时推 动第动第2位，使其由位，使其由0变变1。同理，第。同理，第2位由位由1 变变0时又去推动第时又去推动第3位，使其由位，使其由0变变1，这样，这样 有如有如水波前进水波前进一样逐位进位下去。一样逐位进位下去。 行波计数器 例：下图采用JK触发器组成行波计数器工作原理 n J，K输入端都是悬浮，各位都处于准备翻转的状态 n 时钟脉冲边缘（下降沿）一到，最右边的触发器就会翻转 初值初值Q=Q3Q2Q1Q0=0000 第第1时钟后沿到时钟后沿到Q=0001 第第2时钟后沿到时钟后沿到Q=00

16、10 第第3时钟后沿到时钟后沿到Q=0011 第第4时钟后沿到时钟后沿到Q=0100 第第15时钟后沿到时钟后沿到Q=1111 第第16时钟后沿到时钟后沿到Q=0000 1 0 行波计数器 图图2.19 可控计数器原理可控计数器原理 n可控计数器 n增加计数控制端COUNT n当COUNT为高电位时，JK触发器才可能翻 转；当COUNT为低电位时就不可能翻转。 环形计数器环形计数器 n一般用于发出一般用于发出顺序控制信号顺序控制信号，在计算机控，在计算机控 制器中是一个很重要的部件制器中是一个很重要的部件 图图2.21 环形计数器的电路原理环形计数器的电路原理 n环形计数器只有环形计数器只有一

17、个高电位，其它位都为一个高电位，其它位都为0 PR 环形计数器 n当CLR端有高电位输入时，除右边第1位(LSB)外，其他各 位全被置0(因清除电位CLR都接至它们的CLR端)，而右边 第1位则被置1(因清除电位CLR被引至其PR端)。 即开始时， Q3 Q2 Q1Q0 =0001 n第一个时钟脉冲正边缘来到时， Q3 Q2 Q1Q0 =0010 n第2个时钟脉冲前沿来到时， Q3 Q2 Q1Q0 =0100 n第3个时钟脉冲前沿来到时， Q3 Q2 Q1Q0 =1000 图图2.22 环形计数器的符号环形计数器的符号 环形计数器 程序计数器 n可以从可以从0开始计数，也可以将外来的数装入开始

18、计数，也可以将外来的数装入 其中，其中，需要需要COUNT输入端和输入端和LOAD门门 图图2.23 程序计数器程序计数器 n 是一种行波计数器是一种行波计数器 2.3.4 累加器 n累加器除了能装入及输出数累加器除了能装入及输出数 据外，还能使存储其中的数据外，还能使存储其中的数 据左移或右移，所以它又是据左移或右移，所以它又是 一种一种移位寄存器移位寄存器。 图图2.24 累加器的符号累加器的符号 n累加器也是一个由累加器也是一个由多个触发器多个触发器 组成的组成的多位寄存器多位寄存器，作为，作为ALU运运 算过程的代数和的临时存储处。算过程的代数和的临时存储处。 在微型计算机的数据处理中

19、担负在微型计算机的数据处理中担负 着重要的任务。着重要的任务。 2.4 三态输出电路 n三态输出电路可以由三态输出电路可以由两个或非两个或非 门和两个门和两个NMOS晶体管晶体管(T1， T2)及一个非门组成及一个非门组成 n三态输出电路，又称三态门三态输出电路，又称三态门 n 三态门具有三态门具有单向导通和三态单向导通和三态的特性的特性 n为了使一条信号传输线能与为了使一条信号传输线能与 多个触发器接通多个触发器接通 三态输出电路 工作原理工作原理 n当当ENABLE(选通端选通端)为高电位时，两个或为高电位时，两个或 非门的输出状态将由于非门的输出状态将由于A端的电位来决定。端的电位来决定

20、。 n这就是说，在选通端这就是说，在选通端(E端端)为为 低电位时，低电位时，A端和端和B端是不相通端是不相通 的，即它们之间存在着高阻状的，即它们之间存在着高阻状 态。态。 n当选通端当选通端E为低电位时，通过非门加至两个为低电位时，通过非门加至两个 或非门的将为高电位。此时，无论或非门的将为高电位。此时，无论A为高或为高或 低电位，低电位，两个或非门的输出都是低电位，即两个或非门的输出都是低电位，即 G1与与G2都是低电位。都是低电位。所以所以T1和和T2同时都是同时都是 截止状态。截止状态。 三态输出电路 n对于本例中的三态门可以用下面两句概括：对于本例中的三态门可以用下面两句概括： n

21、E为低平时：为低平时：输出为高阻抗（三态）输出为高阻抗（三态） nE为高电平时：为高电平时：输出等于输入输出等于输入 n其他几种三态门的表示 74LS244 典型芯片介绍典型芯片介绍 双双4位单向缓冲器位单向缓冲器 分成分成4位的两组位的两组 每组的控制端连接每组的控制端连接 在一起在一起 控制端低电平有效控制端低电平有效 输出与输入同相输出与输入同相 三态输出电路5 nA为某个电路装置的输出端，为某个电路装置的输出端， C为其输入端。为其输入端。 n当当EOUT=1时，时，B=A，即信息，即信息 由左向右传输；由左向右传输； nEIN=1时，时，C=B，即信息由，即信息由 右向左传输。右向左

22、传输。 n双向三态输出双向三态输出 n由两个单向三态输出电路来由两个单向三态输出电路来 组成组成 74LS245 8位双向缓冲器位双向缓冲器 n控制端连接在一起，控制端连接在一起， 低电平有效低电平有效 n可以双向导通可以双向导通 n输出与输入同相输出与输入同相 E0，导通，导通 DIR1 AB DIR0 AB E1，不导通，不导通 Intel 8286 8位双向缓冲器位双向缓冲器 n控制端连接在一起， 低电平有效 n可以双向导通 n输出与输入同相 OE0，导通，导通 T1 AB T0 AB OE1，不导通，不导通 2.5 总线结构 片内总线、内部总线、外部总线片内总线、内部总线、外部总线 数

23、据总线、地址总线、控制总线数据总线、地址总线、控制总线 总线时钟频率、总线宽度、总线传输速率总线时钟频率、总线宽度、总线传输速率 机械结构规范、功能结构规范、电气规范机械结构规范、功能结构规范、电气规范 总线结构 n控制器 决定控制字中各位的电平高低决定控制字中各位的电平高低 nA，B，C和D 为 4个寄存器，数据位数为4位 n控制字 将各个寄存器的将各个寄存器的L门和门和E门按次门按次 序排成一列，序排成一列，则可称其为控制字 CON：CON=LAEALBEBLCECLDED 由控制器发出的控制总线，能将控由控制器发出的控制总线，能将控 制字各位分别送至各个寄存器制字各位分别送至各个寄存器

24、用一条粗线表示总线，右图有两条用一条粗线表示总线，右图有两条 总线，控制总线和数据总线总线，控制总线和数据总线 控制字控制字CON 信息流通信息流通 La Ea Lb Eb Lc Ec Ld Ed 1 0 0 1 0 0 0 0 数据由数据由B-A 0 1 1 0 0 0 0 0 数据由数据由A-B 0 1 0 0 1 0 0 0 数据由数据由A-C 0 1 0 0 0 0 1 0 数据由数据由A-D 0 0 1 0 0 0 0 1 数据由数据由D-B 1 0 0 0 0 1 0 0 数据由数据由C-A 2.6 存储器 主要内容： n 存储器的概念、分类和要素 n 只读存储器（ROM） n 随

25、机读写存储器（RAM） n CPU与存储器的连接及存储器的扩展 n存储器就是用来存储程序和数据的，程序和数据都是存储器就是用来存储程序和数据的，程序和数据都是 信息的表现形式。按照信息的表现形式。按照存取速度和用途存取速度和用途可把存储器分可把存储器分 为两大类：为两大类：内存储器（简称内存，又称主存储器）和内存储器（简称内存，又称主存储器）和 外存储器外存储器。存储器的容量越大，记忆的信息也就越多，。存储器的容量越大，记忆的信息也就越多， 计算机的功能也就越强。计算机的功能也就越强。 n存储器存储器(memory)是计算机的主要组成部分。它既可是计算机的主要组成部分。它既可 用来存储数据，也

26、可用以存放计算机的运算程序。存储用来存储数据，也可用以存放计算机的运算程序。存储 器由寄存器组成，可以看做一个寄存器堆，器由寄存器组成，可以看做一个寄存器堆，每个存储单每个存储单 元实际上相当于一个缓冲寄存器元实际上相当于一个缓冲寄存器。 0000H 0001H 0002H XXXXH 读写控制总线 数据总线 地址译码器 地址 内容 地址总线 存储器的逻辑结构示意图存储器的逻辑结构示意图 地地 址址 寄寄 存存 地地 址址 译译 码码 存储体存储体 控制电路控制电路 AB 数数 据据 寄寄 存存 读读 写写 电电 路路 DB OE WE CS 存储体存储体 存储器芯片的主要部分，用来存储信息存

27、储器芯片的主要部分，用来存储信息 地址译码电路地址译码电路 根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的存储单元根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的存储单元 片选和读写控制逻辑片选和读写控制逻辑 选中存储芯片，控制读写操作选中存储芯片，控制读写操作 存储体 n每个存储单元具有一个唯一的地址，可每个存储单元具有一个唯一的地址，可 存储存储1位（位（位片结构位片结构）或多位（）或多位（字片结字片结 构构）二进制数据）二进制数据 n存储容量与地址、数据线个数有关：存储容量与地址、数据线个数有关： 芯片的存储容量芯片的存储容量2MN 存储单元数存储单元数存储单元的位数存储单元的位数 M：芯片的：芯片的

28、地址线根数地址线根数 N：芯片的：芯片的数据线根数数据线根数 地址译码电路 译译 码码 器器 A5 A4 A3 A2 A1 A0 63 0 1 存储单元存储单元 64个单元个单元 行行 译译 码码 A2 A1 A0 7 1 0 列译码列译码 A3A4A5 017 64个单元个单元 单译码双译码 片选和读写控制逻辑 n片选端片选端CS或或CE n有效时，可以对该芯片进行读写操作 n输出输出OE n控制读操作。有效时，芯片内数据输出 n该控制端对应系统的读控制线 n写写WE n控制写操作。有效时，数据进入芯片中 n该控制端对应系统的写控制线 半导体存储器的分类： n按制造工艺 n双极型：速度快、集

29、成度低、功耗大 nMOS型：速度慢、集成度高、功耗低 n按使用属性 n随机存取存储器RAM：可读可写、断电丢失 n只读存储器ROM：正常只读、断电不丢失 2ROM的种类：的种类：1）掩膜）掩膜ROM；2）可编程）可编程 的只读存储器的只读存储器PROM；3）可擦除的）可擦除的 EPROM；4）电擦除的）电擦除的E2PROM；5）快）快 速擦写存储器速擦写存储器Flash Memory 又称快闪存又称快闪存 储器储器 半导体存储器的分类： 1RAM的种类：的种类：在在RAM中，按工艺可分为双极型和中，按工艺可分为双极型和MOS 型两大类。用型两大类。用MOS器件构成的器件构成的RAM，可分为静态

30、，可分为静态RAM和和 动态动态RAM两种。两种。 半导体半导体 存储器存储器 只读存储器只读存储器 （ROM） 随机存取存储器随机存取存储器 （RAM） 静态静态RAM（SRAM） 动态动态RAM（DRAM） 非易失非易失RAM（NVRAM） 掩膜式掩膜式ROM 一次性可编程一次性可编程ROM（PROM） 紫外线擦除可编程紫外线擦除可编程ROM（EPROM） 电擦除可编程电擦除可编程ROM（EEPROM） 选择存储器件的考虑因素：选择存储器件的考虑因素： （1）易失性）易失性 （2）只读性）只读性 （3）位容量）位容量 （4）功耗）功耗 （5）速度）速度 （6）价格）价格 （7）可靠性）可靠

31、性 存储器举例存储器举例 例，右图是一个例，右图是一个168的存储的存储 器，有器，有16个存储单元，每个存储单元，每 个单元为个单元为8位记忆字位记忆字(即每单即每单 元保存一个字节元保存一个字节)的集成电的集成电 路芯片路芯片 该存储器有该存储器有4条地址线条地址线A0， A1，A2，A3和和8条数据线条数据线D0， D1，D2，D3，D4，D5，D6， D7。 nA0A3就是地址总线中的就是地址总线中的4根译码线。当存储器的存根译码线。当存储器的存 储单元愈多，则地址总线中的译码线，亦即存储器集储单元愈多，则地址总线中的译码线，亦即存储器集 成电路片的地址线愈多。在一般微型计算机中，地址

32、成电路片的地址线愈多。在一般微型计算机中，地址 线大都为线大都为16条。条。16条地址线，可译出条地址线，可译出64K个地址。在个地址。在 286386486中采用中采用20条地址线。条地址线。 n当地址线为当地址线为10条时，条时，n=10，则可编地址号为，则可编地址号为1,024 个，或称为个，或称为1K字节。这里的字节。这里的1K和习惯为和习惯为1 000不一样，不一样， 请务必注意。请务必注意。 2.6.1 只读存储器 n在一般工作状态下，在一般工作状态下，ROMROM中的信息只能读出，不能写入中的信息只能读出，不能写入。 对可编程的对可编程的ROMROM芯片，可用特殊方法将信息写入，

33、该过芯片，可用特殊方法将信息写入，该过 程被称为程被称为“编程编程”。对可擦除的。对可擦除的ROMROM芯片，可采用特殊芯片，可采用特殊 方法将原来信息擦除，以便再次编程。方法将原来信息擦除，以便再次编程。 n只读存储器只读存储器ROMROM，是一种非易失性的半导体存储器件。是一种非易失性的半导体存储器件。 其中所存放的信息可长期保存，其中所存放的信息可长期保存，掉电也不会丢失掉电也不会丢失，常，常 被用来保存被用来保存固定的程序和数据固定的程序和数据。 只读存储器2 n84ROM 8个存储单元，每个个存储单元，每个4位位(即半个字节即半个字节) nmnROM，m个存储单元，其中每个为个存储单

34、元，其中每个为n位。位。 nROM的符号图，的符号图， 只读存储器3 n存储地址寄存器也是一个可控缓存储地址寄存器也是一个可控缓 冲寄存器，它具有冲寄存器，它具有L门以控制地门以控制地 址的输入。它和存储器的联系是址的输入。它和存储器的联系是 双态的，即地址一进入双态的，即地址一进入MAR就就 立即被送到存储器去立即被送到存储器去 n存储地址寄存器存储地址寄存器(MAR)：作为存：作为存 储器的一个附件，储器的一个附件，存储地址寄存存储地址寄存 器是必需的器是必需的。它将所要寻找的存。它将所要寻找的存 储单元的储单元的地址暂存下来地址暂存下来，以备下，以备下 一条指令之用。一条指令之用。 只读

35、存储器4 【例例2.1】程序计数器程序计数器PC，存，存 储地址寄存器储地址寄存器MAR和和ROM 通过总线的联系如右图所示。通过总线的联系如右图所示。 设控制字依次是：设控制字依次是： (1) CPEPLMER=0110 (2) CPEPLMER=0001 (3) CPEPLMER=1000 问：它们之间的信息是如何问：它们之间的信息是如何 流通的流通的? 开机时，先令开机时，先令CLR=1，则，则PC=0000 (1) 第第1个控制字：个控制字： CPEPLMER= 0110 EP=1，PC准备放出数据；准备放出数据； LM=1，MAR准备装入数据。准备装入数据。 在在CLK正前沿到达时，

36、正前沿到达时，CLK=1， MAR=PC=0000，PC的数据装入的数据装入MAR，同，同 时时MAR立即指向立即指向ROM的第一地址，即选中的第一地址，即选中 了了ROM中的中的R0存储单元。存储单元。 (2) 第第2个控制字：个控制字： CPEPLMER =0001 ER=1，令，令ROM放出数据，即，当放出数据，即，当 ER为高电位，为高电位，R0中的中的8位数据就被位数据就被 送入到送入到W总线上去。总线上去。 (3) 第第3个控制字：个控制字： CPEPLMER =1000 CP=1，即为命令，即为命令PC加加1，得到，得到PC=0001。 这是在取数周期完了时，要求这是在取数周期完

37、了时，要求PC指向下一指向下一 地址，为下一条指令准备条件。地址，为下一条指令准备条件。 2.6.2 随机存储器 随机存储器又叫做读写存储器。随机存储器又叫做读写存储器。 n不但能读取已存放在其各个存储单元中的数据，不但能读取已存放在其各个存储单元中的数据， 而且还能够随时写进新的数据，或者改写原来而且还能够随时写进新的数据，或者改写原来 的数据。的数据。 n多用双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应多用双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应 晶体管晶体管(MOSFET)。 n停电失去记忆能力。停电失去记忆能力。 组成单元速度集成度应用 SRAM 触发器快低小容量系统 DRAM 极间电容慢高大容量

38、系统 NVRAM 带微型电池慢低小容量非易失 随机存储器：随机存储器： RAMRAM的符号的符号 A A地址线；地址线； D DIN IN 要写入的数据；要写入的数据； D DOUT OUT 要读出的数据；要读出的数据； M ME E选通此选通此RAMRAM的的E E门。门。 当当M ME E=0=0时，此时，此RAMRAM未选中，故未选中，故W WE E是什么是什么(0(0或或1)1)都不能影响都不能影响 RAMRAM的动作，并且其输出端是悬浮的动作，并且其输出端是悬浮( (高阻高阻) )的。的。 只有在只有在M ME E=1=1时，此时，此RAMRAM才被选中，才能再进一步去确定才被选中，

39、才能再进一步去确定 其是读出还是写入。其是读出还是写入。W WE E=0=0时，为数据读出；时，为数据读出；W WE E=1=1时，时， 为数据写入。为数据写入。 存储器数据寄存器存储器数据寄存器(memory data register，MDR)，作用是，作用是 将要写入将要写入RAM中去的数据暂存中去的数据暂存 寄寄MDR中，以等待控制器发出中，以等待控制器发出 WE=1的命令到来时，才能写入的命令到来时，才能写入 RAM中去。中去。(教材教材38页页) 【例例】一个微型计算机的一部分如下图所示，其工一个微型计算机的一部分如下图所示，其工 作程序分析如图。作程序分析如图。 这一部分系统图是用来分析将数据这一部分系统图是用来分析将数据I I0 0装入到装入到RAMRAM中去中去 的过程的。设要写入到的过程的。设要写入到RAMRAM中去的数据为：中去的数据为： I I0 0=1100=1100000100011001(1001(共共1212位位) ) 这部分的控制字为：这部分的控制字为： CON=CCON=CP PE EP PL LM MW WE E M ME EL LD DL LI IE EI I( (共共8 8位位) ) 已设计好的