北理工自动化复试微机原理-第二章

1、第二章第二章 微型计算机的基本组成电路微型计算机的基本组成电路丁丁 艳艳D微机原理及应用微机原理及应用本章主要内容：本章主要内容：n算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU)(ALU)n触发器触发器(Trigger)(Trigger)n寄存器寄存器(Register)(Register)n三态输出电路三态输出电路n总线结构总线结构n存储器存储器(Memory)(Memory)本章重点：本章重点：n 三态输出电路三态输出电路n 总线结构总线结构n 存储器存储器(Memory)(Memory) 习习 题题微机原理及应用微机原理及应用算术逻辑单元算术逻辑单元功能：功能：既能进行二进制数的四则运算既能进行二进

2、制数的四则运算, 也能进行布尔代也能进行布尔代数的逻辑运算。数的逻辑运算。ALUABS 为运算结果为运算结果Control为两个进制数为两个进制数控制指令由此进入控制指令由此进入返回返回微机原理及应用微机原理及应用触发器触发器触发器是计算机的记忆装置的触发器是计算机的记忆装置的基本单元基本单元。 触发器组成触发器组成寄存器，寄存器组成存储器。寄存器和存储器统称为计寄存器，寄存器组成存储器。寄存器和存储器统称为计算机的记忆装置。算机的记忆装置。较常见的触发器有：较常见的触发器有：RS触发器、触发器、 D触发器以及触发器以及JK触触发器。触发器是计算机中最常见的基本单元。发器。触发器是计算机中最常

3、见的基本单元。 计算计算机中的触发器一般用晶体管元件而不用机中的触发器一般用晶体管元件而不用 磁性元件。这磁性元件。这是因为晶体管元件可以制成大规模集成电路。是因为晶体管元件可以制成大规模集成电路。 触发器的类型触发器的类型微机原理及应用微机原理及应用RSRS触发器原理图触发器原理图RS触发器一般由两个与非门组成触发器一般由两个与非门组成RS触发器符号时标RS触发器S端一般称为置位端，使Q=1R端一般称为复位端，使Q=0为了使触发器在整个机器中能和其它部件协调工作，RS触发器经常有外加的时标脉冲。微机原理及应用微机原理及应用D触发器触发器D触发器时标D触发器D=1D=1 S S端为高电位端为高

4、电位, , R R端为低电位端为低电位, Q, Q端为高电位端为高电位, , 称置位。称置位。 D=0D=0 S S端为低电位端为低电位, , R R端为高电位端为高电位, Q, Q端为高电位端为高电位, , 称复位。称复位。 注意：注意：无时标的D触发器触发器是不能协调运行的。D触发器是在触发器是在RS触发器的基础上引伸出来，触发器的基础上引伸出来，D触发器只有一个输入端口触发器只有一个输入端口微机原理及应用微机原理及应用D触发器触发器边沿触发的D触发器D触发器的预置和清除电路边沿触发的边沿触发的D D触发器触发器与时标时标D D触发器触发器的区别在于添加了一个RC微分电路。它能使方波信号的

5、前沿产生正尖峰，后沿产生负尖峰。触发器的预置和清除：触发器的预置和清除：在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置位或清除，而与时标脉冲以及D输入端信号无关，这就是所谓的预置和清除。微机原理及应用微机原理及应用JKJK触发器原理图触发器原理图JKQ动作00保持原状自锁状态010复位101置位11原状态的反码翻转JK触发器是组成计数器的理触发器是组成计数器的理想记忆元件。根据想记忆元件。根据J，K状态状态的不同，的不同，JK触发器有触发器有4种动种动作。作。JKJK触发器的动作状态表触发器的动作状态表JK触发器JK触发器的符号返回返回微机原理及应用微机原理及应用寄存器寄存器寄存器是由触发器组成的。

6、一个触发器就是一个寄存器。寄存器是由触发器组成的。一个触发器就是一个寄存器。 由多个触发器可以组成一个多位寄存器。常见的寄存器有由多个触发器可以组成一个多位寄存器。常见的寄存器有: :缓冲寄存器缓冲寄存器 用以暂存数据移位寄存器移位寄存器 能够将其所存的数据逐位左移或右移计数器计数器 计数脉冲到达时，会按二进制的规律累计脉冲数累加器累加器 用以暂存每次在ALU中计算的中间结果微机原理及应用微机原理及应用缓冲寄存器缓冲寄存器4位缓冲寄存器电路原理缓冲寄存器用以暂存某个数据，以便在适当的时间节拍和给定的计缓冲寄存器用以暂存某个数据，以便在适当的时间节拍和给定的计算步骤将数据输入或输出到其它记忆元件

7、中去。算步骤将数据输入或输出到其它记忆元件中去。设一个4位二进制数X=X3X2X1X0，当CLK的正前沿未来到时，则Q0， Q1，Q2，Q3就不受X3，X2，X1，X0的影响而保持其原有数据。只有当CLK的正前沿来到时，Q0，Q1，Q2，Q3才接受D0，D1，D2，D3的影响，而变成：Q0=D0，Q1=D1，Q2=D2，Q3=D3。结果：Q=X。微机原理及应用微机原理及应用寄存器的装入门寄存器的装入门LOADLOADL操操 作作高电平高电平数据装入数据装入低电平低电平数据自锁数据自锁微机原理及应用微机原理及应用可控缓冲寄存器可控缓冲寄存器微机原理及应用微机原理及应用移位寄存器移位寄存器左移寄存

8、器右移寄存器移位寄存器能将其所贮存的数组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能，例如用来判断最左边的位是0还是1。微机原理及应用微机原理及应用计数器计数器计数器是由若干个触发器组成的寄存器，它的特点是能够把贮存在其中的数字加1。可控计数器符号行波计数器行波计数器同步计数器同步计数器将时钟脉冲同时加到各位的触发器的时钟输入端，而将前一位的输出端(Q)接到下一位的JK端去用来发出顺序控制信号程序计数器程序计数器程序计数器不但可以从0开始计数，也可以将外来的数装入其中环形计数器环形计数器微机原理及应用微机原理及应用累加器累加器累加器是一个由多个触发器组成的多位寄存器，累加器是ALU运

9、算过程的代数和的临时存储处累加器除了能装入及输出数据外，还能使存储其中的数据左移或右移累加器的符号返回返回微机原理及应用微机原理及应用三态输出电路三态输出电路记忆元件是由触发器组成的，而触发器只有两个状态：0 0和和1 1，所以每条信号传输线只能传送一个触发器的信息(0或1)。如果一条信号传输既能与一个触发器接通，也可以与其断开而与另外一个触发器接通，则一条信息传输线就可以传输随意多个触发器的信息了。三态输出电路(或三态门)就是为了达到这个目的而设计的。三态输出电路可以由两个或非门和两个NMOS晶体管(T1，T2)及一个非门组成微机原理及应用微机原理及应用三态输出电路三态输出电路 三态门(E门

10、)和装入门装入门(L门门)一样，都可加到任何寄存器(包括计数器和累加器)电路上去。这样的寄存器就称为三态寄存器。L门专管对寄存器的装入数据的控制，而E门专管由寄存器输出 数据的控制。1 1 VDDAE(ENABLE)T1T2G1G2B三态输出电路微机原理及应用微机原理及应用EBA三态输出电路符号符号01011高阻高阻高阻高阻010BAE三态输出电路的逻辑三态输出电路的逻辑三态门寄存器三态门寄存器ACBEoutEin电路装置双向三态输出电路返回返回微机原理及应用微机原理及应用总线结构总线结构数据由数据由CA数据由数据由DB数据由数据由AD数据由数据由AC数据由数据由AB数据由数据由BA信息流通信

11、息流通001000011000010001000010000100100000011000001001EDLDECLCEBLBEALA控控 制制 字字 CON控制字的意义控制字的意义控制字控制字CON=LAEALBEBLCECLDED设有A、B、C、D四个寄存器，它们都有L门和E门且它们的数据位数为4。返回返回微机原理及应用微机原理及应用存储器存储器存储器是计算机的主要组成部分。 它既可用来存储数据, 也可用以存放计算机的运算程序。存储器由寄存器组成, 可以看看作是一个寄存器堆, 每个存储单元实际上相当于一个缓冲寄存器。存储器分类: 只读存储器只读存储器(ROM)(ROM)和随机存取存储器随机

12、存取存储器(RAM)(RAM)。微机原理及应用微机原理及应用R0R1R2R14R15A0A1A2A3D2D3D4D5D6D7D0D100000001111111100010.位译译 码码 器器存储器存储器注意观察：注意观察：存储单元、位、单元地址、地址线根数存储单元、位、单元地址、地址线根数微机原理及应用微机原理及应用存储器存储器地址线与地址数对照表地址线与地址数对照表n可编译的地址号数可编译的地址号数n可编译的地址号数可编译的地址号数24101024=1K38112048=2K416124096=4K532138192=8K6641416384=16K71281532768=32K82561

13、665536=64K9512=0.5K微机原理及应用微机原理及应用只读存储器只读存储器(ROM) ROMROM是用以存放固定程序的存储器，一旦程序放进去之后，即不可改变，不能再“写”入新的字节，而只能从中“读”出其所有存储的内容，因此称为只读存储器。存储地址寄存器存储地址寄存器(MAR)(MAR)：作为存储器的一个附件，它将所要寻找的存储单元的地址暂存下来，以备下一条指令之用。ROM符号微机原理及应用微机原理及应用例：程序计数器例：程序计数器PC，存储地址寄存器，存储地址寄存器MAR和和ROM通过通过总线的联系如图所示。设控制字总线的联系如图所示。设控制字CPEPLMER依次是：依次是：（1）

14、0110 (2) 0001 (3) 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？设开机时流通的？设开机时CLR=1，PC=0000。微机原理及应用微机原理及应用随机存储器随机存储器(RAM)随机存储器又叫读/写存储器, 它和ROM的区别在于这种存储器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, 或者改写原来的数据。因此, RAM的每一个存储单元相当于一个可控缓冲寄存器。MEWE操作操作输出输出00保持保持(不许出入不许出入)悬浮悬浮110读出读出连通连通1写入写入悬浮悬浮RAM的符号微机原理及应用微机原理及应用例：例：一个微型计算机的一部分如图所

15、示。设要将数据一个微型计算机的一部分如图所示。设要将数据I I0 0=1100 0001 1001=1100 0001 1001装入到装入到RAMRAM中，已知其控制字中，已知其控制字 CON=CCON=CP P E EP P L LM M W WE E M ME E L LD D L LI I E EI I. . 已设计好的控制字的次序如下：已设计好的控制字的次序如下：CONCON1 1=0110 0000=0110 0000CONCON2 2=0000 0010=0000 0010CONCON3 3=0000 0101=0000 0101CONCON4 4=0001 1000=0001 1

16、000CONCON5 5=1000 0000=1000 0000问：经过问：经过CLRCLR1 1之后，之后，机器的动作顺序和现象如何？机器的动作顺序和现象如何？返回返回微机原理及应用微机原理及应用1、ALU是什么部件？它能完成什么功能？试画出其符号。是什么部件？它能完成什么功能？试画出其符号。 习习 题题答：答：ALU (Arithmatic Logical Unit),即算术逻辑单元，该部件即算术逻辑单元，该部件即能进行二进制的四则运算，又能进行布尔代数的逻辑运即能进行二进制的四则运算，又能进行布尔代数的逻辑运算。算。其符号如下：其符号如下：ALUControlABS返回返回微机原理及应用

17、微机原理及应用2、三态输出电路有何意义？、三态输出电路有何意义？答案答案：三态输出电路能使电路与总线脱离，是总线结构具有公共通路三态输出电路能使电路与总线脱离，是总线结构具有公共通路的作用。的作用。3、何谓、何谓L门及门及E门，在总线结构中有何用处？门，在总线结构中有何用处？答案：答案：L门门 即即LOAD控制端，是用以使寄存器接受数据输入的控制门控制端，是用以使寄存器接受数据输入的控制门E门门 即即ENABLE控制端，是三态输出门，用以使寄存器中的控制端，是三态输出门，用以使寄存器中的数据输出至总线数据输出至总线 习习 题题返回返回微机原理及应用微机原理及应用4、控制字是什么意义？、控制字是

18、什么意义？答案：答案：控制字是一个二进制数，其各位代表各个电路的逻辑状态：通控制字是一个二进制数，其各位代表各个电路的逻辑状态：通或断或断5、ROM和和RAM各有何特点和用处？各有何特点和用处？答案：答案：ROM为只能读出的存储器，可用以存放固定的程序和数据。为只能读出的存储器，可用以存放固定的程序和数据。RAM为可写入又可读出的存储器，可用以随时写入或读出数为可写入又可读出的存储器，可用以随时写入或读出数据，也可用以写入时有可能改变的用户程序。据，也可用以写入时有可能改变的用户程序。 习习 题题返回返回微机原理及应用微机原理及应用6、为什么要建立、为什么要建立“地址地址”这个概念？这个概念？答案：答案：因为存储器的存储单