微机原理-第二章ppt课件

1、第二章第二章 微型计算机的根本组成电路微型计算机的根本组成电路丁丁 艳艳DD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存放器存放器(Register)(Register)n三态输出电路三态输出电路n总线构造总线构造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 总线构造总线构造n 存储器存储器(Memory)(Memory) 习习 题题算术逻辑单元算术逻辑单元功能：既能进展二进制数的四那么运算功能：既能进展二进

2、制数的四那么运算, 也能进展布尔也能进展布尔代数的逻辑运算。代数的逻辑运算。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前往前往触发器触发器触发器是计算机的记忆安装的根本单元。触发器是计算机的记忆安装的根本单元。 触发器组成触发器组成存放器，存放器组成存储器。存放器和存储器统称为计存放器，存放器组成存储器。存放器和存储器统称为计算机的记忆安装。算机的记忆安装。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根本单元。发器。触发器是计算机中最常见的根本单元。 计算计算

3、机中的触发器普通用晶体管元件而不用机中的触发器普通用晶体管元件而不用 磁性元件。这磁性元件。这是由于晶体管元件可以制成大规模集成电路。是由于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RSRS触发器原理图触发器原理图RS触发器普通由两个与非门组成触发器普通由两个与非门组成RS触发器符号时标RS触发器S端普通称为置位端，使Q=1R端普通称为复位端，使Q=0为了使触发器在整个机器中能和其它部件协调任务，RS触发器经常有外加的时标脉冲。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

4、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。 留意：无时标的留意：无时标的D触发器是不能协调运转的。触发器是不能协调运转的。D触发器是在触发器是在RS触发器的根底上引伸出来，触发器的根底上引伸出来，D触发器只需一个输入端口触发器只需一个输入端口D触发器触发器边沿触发的D触发器D触发器的预置和去除电路边沿触发的边沿触发的D D触发器与时标触发器与时标D D触发器的区别在于添加了一触发器的区别在于添加了一个个RCRC微分电路。它能使方波微分电路。它能使方波信号的前沿产生正尖峰，后信号的前沿产生正尖峰，

5、后沿产生负尖峰。沿产生负尖峰。触发器的预置和去除：在一触发器的预置和去除：在一些电路中，有时需求预先给些电路中，有时需求预先给某个触发器置位或去除，而某个触发器置位或去除，而与时标脉冲以及与时标脉冲以及D D输入端信输入端信号无关，这就是所谓的预置号无关，这就是所谓的预置和去除。和去除。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形状形状的不同，的不同，JK触发器有触发器有4种动种动作。作。JKJK触发器的动作形状表触发器的动作形状表JK触发器JK触发

6、器的符号前往前往存放器存放器存放器是由触发器组成的。一个触发器就是一个存放器。存放器是由触发器组成的。一个触发器就是一个存放器。 由多个触发器可以组成一个多位存放器。常见的存放器有由多个触发器可以组成一个多位存放器。常见的存放器有: :缓冲存放器缓冲存放器 用以暂存数据用以暂存数据移位存放器移位存放器 可以将其所存的数据逐位左移或右移可以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 用以暂存每次在用以暂存每次在ALUALU中计算的中间结果中计算的中间结果缓冲存放器缓冲存放器4位缓冲存放器电路原理缓冲存

7、放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存放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，那么Q0， Q1，Q2，Q3就不受X3，X2，X1，X0的影响而坚持其原有数据。只需当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。存放器的装入门存放器的装入门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

8、数据自锁可控缓冲存放器可控缓冲存放器移位存放器移位存放器左移存放器右移存放器移位存放器能将其所储存的数组逐位向左或向右挪动，以到达计算机在运转过程中所需的功能，例如用来判别最左边的位是0还是1。计数器计数器计数器是由假设干个触发器组成的存放器，它的特点是可以把储存在其中的数字加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输出端(Q)(Q)接到下一位的接到下一位的JKJK端去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程序计数器不但可以从0开场计

9、数，也可以将外来的数装入其中开场计数，也可以将外来的数装入其中环形计数器环形计数器累加器累加器累加器是一个由多个触发器组成的多位存放器，累加器是ALU运算过程的代数和的暂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前往前往三态输出电路三态输出电路记忆元件是由触发器组成的，而触发器只需两个形状：0和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)。假设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，那么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)就是为了到达这个目的而设计的。三态输出电路可以由两个或非

10、门和两个NMOS晶体管(T1，T2)及一个非门组成三态输出电路三态输出电路 三态门(E门)和装入门(L门)一样，都可加到任何存放器(包括计数器和累加器)电路上去。这样的存放器就称为三态存放器。L门专管对存放器的装入数据的控制，而E门专管由存放器输出 数据的控制。1 1 VDDAE(ENABLE)T1T2G1G2B三态输出电路EBA三态输出电路符号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存放器三态门存放器ACBEoutEin电路安装双向三态输出电路前往前往总线构造总线构造数据由数据由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

11、数据由BA信息流通信息流通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四个存放器，它们都有L门和E门且它们的数据位数为4。前往前往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。存储器由存放器组成, 可以看看作是一个存放器堆, 每个存储单元实践上相当于一个缓冲存放器。存储器分类: 只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。R0R1R2R14R

12、15A0A1A2A3D2D3D4D5D6D7D0D100000001111111100010.位译译 码码 器器存储器存储器留意察看：存储单元、位、单元地址、地址线根数留意察看：存储单元、位、单元地址、地址线根数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=32K82561665536=64K9512=0.5K只读存储器只读存储器(ROM) ROM是用以存放固定程序的存储器，一旦

13、程序放进去之后，即不可改动，不能再“写入新的字节，而只能从中“读出其一切存储的内容，因此称为只读存储器。存储地址存放器(MAR)：作为存储器的一个附件，它将所要寻觅的存储单元的地址暂存下来，以备下一条指令之用。ROM符号例：程序计数器例：程序计数器PC，存储地址存放器，存储地址存放器MAR和和ROM经过经过总线的联络如下图。设控制字总线的联络如下图。设控制字CPEPLMER依次是：依次是：10110 (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。随机存储器随机存储器(RAM)随机存储器又叫读/写存储

14、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, 而且还可以随时写进新的数据, 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存放器。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的符号例：一个微型计算机的一部分如下图。设要将数据例：一个微型计算机的一部分如下图。设要将数据I0=1100 0001 1001I0=1100 0001 1001装入到装入到RAMRAM中，知其控制字中，知其控制字 CON=CP CON=CP EP LM WE ME LD LI EI. EP LM WE

15、 ME LD LI EI. 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：CON1=0110 0000CON1=0110 0000CON2=0000 0010CON2=0000 0010CON3=0000 0101CON3=0000 0101CON4=0001 1000CON4=0001 1000CON5=1000 0000CON5=1000 0000问：经过问：经过CLRCLR1 1之后，之后，机器的动作顺序和景象如何？机器的动作顺序和景象如何？前往前往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 (A

16、rithmatic Logical Unit),即算术逻辑单元，该部件即算术逻辑单元，该部件即能进展二进制的四那么运算，又能进展布尔代数的逻辑即能进展二进制的四那么运算，又能进展布尔代数的逻辑运算。运算。其符号如下：其符号如下：ALUControlABS前往前往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，是总线构造具有公共通路三态输出电路能使电路与总线脱离，是总线构造具有公共通路的作用。的作用。3、何谓、何谓L门及门及E门，在总线构造中有何用途？门，在总线构造中有何用途？答案：答案：L门门 即即LOAD控制端，是用以使存放器接受数据输入的控制门

17、控制端，是用以使存放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，用以使存放器中的控制端，是三态输出门，用以使存放器中的数据输出至总线数据输出至总线 习习 题题前往前往4、控制字是什么意义？、控制字是什么意义？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形状：通控制字是一个二进制数，其各位代表各个电路的逻辑形状：通或断或断5、ROM和和RAM各有何特点和用途？各有何特点和用途？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，也可用以写入时有能够改动的用户程序。据，也可用以写入时有能够改动的用户程序。 习习 题题前往前往6、为什么要建立、为什么要建立“地址这个概念？地址这个概念？答案：