第二讲 微型计算机的基本组成电路

1、第二讲第二讲 微型计算机的基本组成电微型计算机的基本组成电路路曾铁军主要内容主要内容123456算术逻辑单元算术逻辑单元123456触发器触发器RS触发器触发器问题之一：多个问题之一：多个RS触发器之间的同步触发器之间的同步D触发器触发器（解决不定状态）（解决不定状态）多个多个D触发器之间的同步触发器之间的同步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在一些电路中，有时需要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。这就是所谓预置和清除。JK触发器触发

2、器 计数：对什么计数（时标计数：对什么计数（时标CLK，与，与J、K无关）无关） JK触发器是理想的计数器触发器是理想的计数器 注意：图注意：图2.10中中RS触发器是由两个与非门实现触发器是由两个与非门实现JK触发器动作行为分析触发器动作行为分析123456寄存器寄存器缓冲寄存器缓冲寄存器 作用：作用：暂存某个数据，以便在适当的时间节拍和给定暂存某个数据，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。的计算步骤将数据输入或输出到其它记忆元件中去。下图位一个四位寄存器电路原理图下图位一个四位寄存器电路原理图：如果某一位在时间节拍到时不想输出怎么办？如果某一位在时间节拍

3、到时不想输出怎么办？解决问题：解决问题：可控缓冲寄存器可控缓冲寄存器LOAD高电平时使数高电平时使数据装入，低电平时，据装入，低电平时，数据自锁在其中。数据自锁在其中。可控缓冲寄存器的符号可控缓冲寄存器的符号LOAD为其控制门为其控制门CLR为高电平时则可用以清除，使其中各位变为为高电平时则可用以清除，使其中各位变为0移位寄存器移位寄存器可控移位寄存器的符号可控移位寄存器的符号SHL左移左移SHR右移右移计数器计数器行波计数器行波计数器 J，K输入端都是悬浮的输入端都是悬浮的 各位的各位的JK触发器的时钟脉冲输入端都串有一个反相门触发器的时钟脉冲输入端都串有一个反相门(非门非门,为什么加这个门

4、为什么加这个门) CLR由高电位变至低电位，则计数器全部清除由高电位变至低电位，则计数器全部清除能不能在能不能在CLK下降沿到达时某个触发器不翻转？下降沿到达时某个触发器不翻转？可控计数器可控计数器环形计数器环形计数器 不是用来计数用，而是用来发出顺序控制信号的不是用来计数用，而是用来发出顺序控制信号的 由若干个触发器组成的由若干个触发器组成的 有唯一的一个位为高电位，即只有一位为有唯一的一个位为高电位，即只有一位为1，其他各位为，其他各位为0程序计数器程序计数器 是一个行波计数器是一个行波计数器(也可用同步也可用同步计数器计数器) 不但可以从不但可以从0开始计数，也可以开始计数，也可以将外来

5、的数装入其中，将外来的数装入其中， 一个一个COUNT输入端，也要有一输入端，也要有一个个LOAD门门 程序计数器的符号程序计数器的符号累加器累加器 累加器也是一个由多个触发累加器也是一个由多个触发器组成的多位寄存器，它不器组成的多位寄存器，它不进行加法运算，而是作为进行加法运算，而是作为ALU运算过程的代数和的临运算过程的代数和的临时存储处。时存储处。 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，所以它又是一种移位寄存器。一种移位寄存器。123456三态输出门三态输出门123456总线总线 设有设有A，

6、B，C和和D 4个寄个寄存器，它们都有存器，它们都有L门和门和E门，门，其符号分别附以其符号分别附以A，B，C和和D的下标。它们的数据位的下标。它们的数据位数，设有数，设有4位，这样只要有位，这样只要有4条数据线即可沟通它们之条数据线即可沟通它们之间的信息来往。间的信息来往。 L门：控制输入门：控制输入 E门：控制输出门：控制输出123456存储器存储器2.6.1 只读存储器只读存储器 这是用以存放固定这是用以存放固定程序的存储器，一程序的存储器，一旦程序存放进去之旦程序存放进去之后，即不可改变。后，即不可改变。也就是说，不能再也就是说，不能再“写写”入新的字节，入新的字节，而只能从中而只能从

7、中“读读”出其所存储的内容，出其所存储的内容，因此称为只读存储因此称为只读存储器。器。 下图是下图是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)，所以写成，所以写成84ROM。 (b)为通用写法，为通用写法，mnROM意即为意即为m个存个存储单元，其中每个为储单元，其中每个为n位。位。 存储地址寄存器存储地址寄存器(memory address register,MAR)：将所要：将所要寻找的存储单元的地址暂存寻找的存储单元的地址暂存下来，以备下一条指令之用。下来，以备下一条指令之用。 存储地址寄存器也是一个可存储地址寄存器也是一个可控缓冲寄存器，它具有控缓冲寄存器，它具有

8、L门门以控制地址的输入。它和存以控制地址的输入。它和存储器的联系是双态的，即地储器的联系是双态的，即地址一进入址一进入MAR就立即被送就立即被送到存储器去，如图所示。到存储器去，如图所示。【例例2.1】程序计数器程序计数器PC，存储地址寄存器，存储地址寄存器MAR和和ROM通通过总线的联系如图所示。过总线的联系如图所示。开机时，先令开机时，先令CLR=1，则，则PC=0000(1) 第第1个控制字是：个控制字是：CPEPLMER=0110即即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，正前沿到达时，CLK=1，MAR=PC=00

9、00， PC的数据装入的数据装入MAR，同时，同时MAR立即指向立即指向ROM的第一的第一地址，即选中了地址，即选中了ROM中的中的R0存储单元。存储单元。(2) 第第2个控制字是：个控制字是：CPEPLMER=0001 即即ER=1，令，令ROM放出数据。放出数据。 当当ER为高电位，为高电位，R0中的中的8位位数据就被送入到数据就被送入到W总线上去。总线上去。这样的动作，不需等待时钟这样的动作，不需等待时钟脉冲的同步讯号，因而称为脉冲的同步讯号，因而称为异步异步动作。动作。(3) 第第3个控制字是：个控制字是：CPEPLMER=1000即即CP=1，这是命令，这是命令PC加加1，所以所以P

10、C=0001。这是在取数周期完了时，要求这是在取数周期完了时，要求PC进一步，以便为下一条指进一步，以便为下一条指令准备条件。令准备条件。随机存储器随机存储器 RAM的符号的符号 A地址线；地址线；DIN要写入的数据；要写入的数据；DOUT要读出的要读出的数据；数据；ME选通此选通此RAM的的E门；门； WE 数据读数据读写控制。写控制。 存储器数据寄存器存储器数据寄存器(memory data register，MDR) 将要写将要写入入RAM中去的数据暂存寄中去的数据暂存寄MDR中，以等待控制器发中，以等待控制器发出出WE=1的命令到来时，的命令到来时，才能写入才能写入RAM中去。中去。

11、MDR和和MAR以及以及RAM的的联系如图所示。联系如图所示。【例例2.2】一个微型计算机的一部分如图一个微型计算机的一部分如图2.36所示，其工作所示，其工作程序分析如图。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I0装入到装入到RAM中去的过程中去的过程的。设要写入到的。设要写入到RAM中去的数据为：中去的数据为：I0=110000011001(共共12位位)这部分的控制字为：这部分的控制字为：CON=CPEPLMWE MELDLIEI(共共8位位)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=01100000(6016)CON2=000

12、00010(0216)CON3=00000101(0516)CON4=00011000(1816)CON5=10000000(8016) PC MAR CLR已经接受过高电位，已经接受过高电位，PC=00000000 当当CLK的前沿一到时：的前沿一到时：MAR=PC=00000000这是指出存储器这是指出存储器RAM中第一中第一个存储单元个存储单元R0的地址。的地址。 LI=1，为输入寄存器作好，为输入寄存器作好准备，以便输入数据准备，以便输入数据I0。 当第当第2个个CLK的前沿到达时，的前沿到达时，I=I0=110000011001 (C1916) LD=1，MDR准备接受数准备接受数据

13、；据； EI=1，I准备放出数据。准备放出数据。 当第当第3个个CLK的前沿到达时，的前沿到达时，MDR=I=I0=110000011001 WE=1且且ME=1，RAM开开始始“写入写入”的动作。的动作。 RAM是异步工作的是异步工作的 WE=1及及ME=1时，时，RAM中的第一个存储单元中的第一个存储单元R0即即接受来自暂存于接受来自暂存于MDR的数的数据据I0，即，即 R0=MDR=I0 =110000011001 CP=1 PC加加1的指令。的指令。 在第在第4个个CLK的前沿到达时，的前沿到达时， PC=00000001(0116) 即即R0=I0作业作业2.1 ALU是什么部件是什么部件?它能完成什么运算功能它能完成什么运算功能?试画出其符试画出其符号。号。2.2 触发器、寄存器及存储器之间有什么关系触发器、寄存器及存储器之间有什么关系?请画出这几请画出这几种器件的符号。种器件的符号。2.3 试述下列器件的功能，并画出它们的符号：可控计数器、试述下列器件的功能，并画出它们