北理工自動(dòng)化復(fù)試微機(jī)原理-第二章.

1、第二章第二章 微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路丁丁 艷艷D微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：n算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元(ALU)(ALU)n觸發(fā)器觸發(fā)器(Trigger)(Trigger)n寄存器寄存器(Register)(Register)n三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路n總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)n存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(Memory)(Memory)本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：n 三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路n 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)n 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(Memory)(Memory) 習(xí)習(xí) 題題微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元功能：功能：既能進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)的四則運(yùn)算既能進(jìn)行二進(jìn)

2、制數(shù)的四則運(yùn)算, 也能進(jìn)行布爾代也能進(jìn)行布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算。數(shù)的邏輯運(yùn)算。ALUABS 為運(yùn)算結(jié)果為運(yùn)算結(jié)果Control為兩個(gè)進(jìn)制數(shù)為兩個(gè)進(jìn)制數(shù)控制指令由此進(jìn)入控制指令由此進(jìn)入返回返回微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用觸發(fā)器觸發(fā)器觸發(fā)器是計(jì)算機(jī)的記憶裝置的觸發(fā)器是計(jì)算機(jī)的記憶裝置的基本單元基本單元。 觸發(fā)器組成觸發(fā)器組成寄存器，寄存器組成存儲(chǔ)器。寄存器和存儲(chǔ)器統(tǒng)稱為計(jì)寄存器，寄存器組成存儲(chǔ)器。寄存器和存儲(chǔ)器統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)的記憶裝置。算機(jī)的記憶裝置。較常見的觸發(fā)器有：較常見的觸發(fā)器有：RS觸發(fā)器、觸發(fā)器、 D觸發(fā)器以及觸發(fā)器以及JK觸觸發(fā)器。觸發(fā)器是計(jì)算機(jī)中最常見的基本單元。發(fā)器。觸發(fā)器是計(jì)算機(jī)中最常

3、見的基本單元。 計(jì)算計(jì)算機(jī)中的觸發(fā)器一般用晶體管元件而不用機(jī)中的觸發(fā)器一般用晶體管元件而不用 磁性元件。這磁性元件。這是因?yàn)榫w管元件可以制成大規(guī)模集成電路。是因?yàn)榫w管元件可以制成大規(guī)模集成電路。 觸發(fā)器的類型觸發(fā)器的類型微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用RSRS觸發(fā)器原理圖觸發(fā)器原理圖RS觸發(fā)器一般由兩個(gè)與非門組成觸發(fā)器一般由兩個(gè)與非門組成RS觸發(fā)器符號(hào)時(shí)標(biāo)RS觸發(fā)器S端一般稱為置位端，使Q=1R端一般稱為復(fù)位端，使Q=0為了使觸發(fā)器在整個(gè)機(jī)器中能和其它部件協(xié)調(diào)工作，RS觸發(fā)器經(jīng)常有外加的時(shí)標(biāo)脈沖。微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用D觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器時(shí)標(biāo)D觸發(fā)器D=1D=1 S S端為高電位端為高

4、電位, , R R端為低電位端為低電位, Q, Q端為高電位端為高電位, , 稱置位。稱置位。 D=0D=0 S S端為低電位端為低電位, , R R端為高電位端為高電位, Q, Q端為高電位端為高電位, , 稱復(fù)位。稱復(fù)位。 注意：注意：無時(shí)標(biāo)的D觸發(fā)器觸發(fā)器是不能協(xié)調(diào)運(yùn)行的。D觸發(fā)器是在觸發(fā)器是在RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上引伸出來，觸發(fā)器的基礎(chǔ)上引伸出來，D觸發(fā)器只有一個(gè)輸入端口觸發(fā)器只有一個(gè)輸入端口微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用D觸發(fā)器觸發(fā)器邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器D觸發(fā)器的預(yù)置和清除電路邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)的D D觸發(fā)器觸發(fā)器與時(shí)標(biāo)時(shí)標(biāo)D D觸發(fā)器觸發(fā)器的區(qū)別在于添加了一個(gè)RC微分電路。它能使方波信號(hào)的

5、前沿產(chǎn)生正尖峰，后沿產(chǎn)生負(fù)尖峰。觸發(fā)器的預(yù)置和清除：觸發(fā)器的預(yù)置和清除：在一些電路中，有時(shí)需要預(yù)先給某個(gè)觸發(fā)器置位或清除，而與時(shí)標(biāo)脈沖以及D輸入端信號(hào)無關(guān)，這就是所謂的預(yù)置和清除。微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用JKJK觸發(fā)器原理圖觸發(fā)器原理圖JKQ動(dòng)作00保持原狀自鎖狀態(tài)010復(fù)位101置位11原狀態(tài)的反碼翻轉(zhuǎn)JK觸發(fā)器是組成計(jì)數(shù)器的理觸發(fā)器是組成計(jì)數(shù)器的理想記憶元件。根據(jù)想記憶元件。根據(jù)J，K狀態(tài)狀態(tài)的不同，的不同，JK觸發(fā)器有觸發(fā)器有4種動(dòng)種動(dòng)作。作。JKJK觸發(fā)器的動(dòng)作狀態(tài)表觸發(fā)器的動(dòng)作狀態(tài)表JK觸發(fā)器JK觸發(fā)器的符號(hào)返回返回微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用寄存器寄存器寄存器是由觸發(fā)器組成的。

6、一個(gè)觸發(fā)器就是一個(gè)寄存器。寄存器是由觸發(fā)器組成的。一個(gè)觸發(fā)器就是一個(gè)寄存器。 由多個(gè)觸發(fā)器可以組成一個(gè)多位寄存器。常見的寄存器有由多個(gè)觸發(fā)器可以組成一個(gè)多位寄存器。常見的寄存器有: :緩沖寄存器緩沖寄存器 用以暫存數(shù)據(jù)移位寄存器移位寄存器 能夠?qū)⑵渌娴臄?shù)據(jù)逐位左移或右移計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)，會(huì)按二進(jìn)制的規(guī)律累計(jì)脈沖數(shù)累加器累加器 用以暫存每次在ALU中計(jì)算的中間結(jié)果微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用緩沖寄存器緩沖寄存器4位緩沖寄存器電路原理緩沖寄存器用以暫存某個(gè)數(shù)據(jù)，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間節(jié)拍和給定的計(jì)緩沖寄存器用以暫存某個(gè)數(shù)據(jù)，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間節(jié)拍和給定的計(jì)算步驟將數(shù)據(jù)輸入或輸出到其它記憶元件

7、中去。算步驟將數(shù)據(jù)輸入或輸出到其它記憶元件中去。設(shè)一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)X=X3X2X1X0，當(dāng)CLK的正前沿未來到時(shí)，則Q0， Q1，Q2，Q3就不受X3，X2，X1，X0的影響而保持其原有數(shù)據(jù)。只有當(dāng)CLK的正前沿來到時(shí)，Q0，Q1，Q2，Q3才接受D0，D1，D2，D3的影響，而變成：Q0=D0，Q1=D1，Q2=D2，Q3=D3。結(jié)果：Q=X。微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用寄存器的裝入門寄存器的裝入門LOADLOADL操操 作作高電平高電平數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)裝入低電平低電平數(shù)據(jù)自鎖數(shù)據(jù)自鎖微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用可控緩沖寄存器可控緩沖寄存器微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)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將其所貯存的數(shù)組逐位向左或向右移動(dòng)，以達(dá)到計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中所需的功能，例如用來判斷最左邊的位是0還是1。微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器是由若干個(gè)觸發(fā)器組成的寄存器，它的特點(diǎn)是能夠把貯存在其中的數(shù)字加1。可控計(jì)數(shù)器符號(hào)行波計(jì)數(shù)器行波計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器將時(shí)鐘脈沖同時(shí)加到各位的觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端，而將前一位的輸出端(Q)接到下一位的JK端去用來發(fā)出順序控制信號(hào)程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器不但可以從0開始計(jì)數(shù)，也可以將外來的數(shù)裝入其中環(huán)形計(jì)數(shù)器環(huán)形計(jì)數(shù)器微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用累加器累加器累加器是一個(gè)由多個(gè)觸發(fā)器組成的多位寄存器，累加器是ALU運(yùn)

9、算過程的代數(shù)和的臨時(shí)存儲(chǔ)處累加器除了能裝入及輸出數(shù)據(jù)外，還能使存儲(chǔ)其中的數(shù)據(jù)左移或右移累加器的符號(hào)返回返回微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路記憶元件是由觸發(fā)器組成的，而觸發(fā)器只有兩個(gè)狀態(tài)：0 0和和1 1，所以每條信號(hào)傳輸線只能傳送一個(gè)觸發(fā)器的信息(0或1)。如果一條信號(hào)傳輸既能與一個(gè)觸發(fā)器接通，也可以與其斷開而與另外一個(gè)觸發(fā)器接通，則一條信息傳輸線就可以傳輸隨意多個(gè)觸發(fā)器的信息了。三態(tài)輸出電路(或三態(tài)門)就是為了達(dá)到這個(gè)目的而設(shè)計(jì)的。三態(tài)輸出電路可以由兩個(gè)或非門和兩個(gè)NMOS晶體管(T1，T2)及一個(gè)非門組成微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路 三態(tài)門(E門

10、)和裝入門裝入門(L門門)一樣，都可加到任何寄存器(包括計(jì)數(shù)器和累加器)電路上去。這樣的寄存器就稱為三態(tài)寄存器。L門專管對(duì)寄存器的裝入數(shù)據(jù)的控制，而E門專管由寄存器輸出 數(shù)據(jù)的控制。1 1 VDDAE(ENABLE)T1T2G1G2B三態(tài)輸出電路微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用EBA三態(tài)輸出電路符號(hào)符號(hào)01011高阻高阻高阻高阻010BAE三態(tài)輸出電路的邏輯三態(tài)輸出電路的邏輯三態(tài)門寄存器三態(tài)門寄存器ACBEoutEin電路裝置雙向三態(tài)輸出電路返回返回微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由CA數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由DB數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由AD數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由AC數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由AB數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由BA信息流通信

11、息流通001000011000010001000010000100100000011000001001EDLDECLCEBLBEALA控控 制制 字字 CON控制字的意義控制字的意義控制字控制字CON=LAEALBEBLCECLDED設(shè)有A、B、C、D四個(gè)寄存器，它們都有L門和E門且它們的數(shù)據(jù)位數(shù)為4。返回返回微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的主要組成部分。 它既可用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù), 也可用以存放計(jì)算機(jī)的運(yùn)算程序。存儲(chǔ)器由寄存器組成, 可以看看作是一個(gè)寄存器堆, 每個(gè)存儲(chǔ)單元實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)緩沖寄存器。存儲(chǔ)器分類: 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM)(ROM)和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)

12、存取存儲(chǔ)器(RAM)(RAM)。微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用R0R1R2R14R15A0A1A2A3D2D3D4D5D6D7D0D100000001111111100010.位譯譯 碼碼 器器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器注意觀察：注意觀察：存儲(chǔ)單元、位、單元地址、地址線根數(shù)存儲(chǔ)單元、位、單元地址、地址線根數(shù)微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器地址線與地址數(shù)對(duì)照表地址線與地址數(shù)對(duì)照表n可編譯的地址號(hào)數(shù)可編譯的地址號(hào)數(shù)n可編譯的地址號(hào)數(shù)可編譯的地址號(hào)數(shù)24101024=1K38112048=2K416124096=4K532138192=8K6641416384=16K71281532768=32K82561

13、665536=64K9512=0.5K微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM) ROMROM是用以存放固定程序的存儲(chǔ)器，一旦程序放進(jìn)去之后，即不可改變，不能再“寫”入新的字節(jié)，而只能從中“讀”出其所有存儲(chǔ)的內(nèi)容，因此稱為只讀存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)地址寄存器存儲(chǔ)地址寄存器(MAR)(MAR)：作為存儲(chǔ)器的一個(gè)附件，它將所要尋找的存儲(chǔ)單元的地址暫存下來，以備下一條指令之用。ROM符號(hào)微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用例：程序計(jì)數(shù)器例：程序計(jì)數(shù)器PC，存儲(chǔ)地址寄存器，存儲(chǔ)地址寄存器MAR和和ROM通過通過總線的聯(lián)系如圖所示。設(shè)控制字總線的聯(lián)系如圖所示。設(shè)控制字CPEPLMER依次是：依次是：（1）

14、0110 (2) 0001 (3) 1000問：它們之間的信息是如何問：它們之間的信息是如何流通的？設(shè)開機(jī)時(shí)流通的？設(shè)開機(jī)時(shí)CLR=1，PC=0000。取數(shù)周期的信號(hào)流通微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)隨機(jī)存儲(chǔ)器又叫讀/寫存儲(chǔ)器, 它和ROM的區(qū)別在于這種存儲(chǔ)器不但能讀取已存放在其各個(gè)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù), 而且還能夠隨時(shí)寫進(jìn)新的數(shù)據(jù), 或者改寫原來的數(shù)據(jù)。因此, RAM的每一個(gè)存儲(chǔ)單元相當(dāng)于一個(gè)可控緩沖寄存器。MEWE操作操作輸出輸出00保持保持(不許出入不許出入)懸浮懸浮110讀出讀出連通連通1寫入寫入懸浮懸浮RAM的符號(hào)微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用例：例：一個(gè)微型計(jì)

15、算機(jī)的一部分如圖所示。設(shè)要將數(shù)據(jù)一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的一部分如圖所示。設(shè)要將數(shù)據(jù)I I0 0=1100 0001 1001=1100 0001 1001裝入到裝入到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. . 已設(shè)計(jì)好的控制字的次序如下：已設(shè)計(jì)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 10

16、00=0001 1000CONCON5 5=1000 0000=1000 0000問：經(jīng)過問：經(jīng)過CLRCLR1 1之后，之后，機(jī)器的動(dòng)作順序和現(xiàn)象如何？機(jī)器的動(dòng)作順序和現(xiàn)象如何？取數(shù)周期的信號(hào)流通(步進(jìn)方式)返回返回微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用1、ALU是什么部件？它能完成什么功能？試畫出其符號(hào)。是什么部件？它能完成什么功能？試畫出其符號(hào)。 習(xí)習(xí) 題題答：答：ALU (Arithmatic Logical Unit),即算術(shù)邏輯單元，該部件即算術(shù)邏輯單元，該部件即能進(jìn)行二進(jìn)制的四則運(yùn)算，又能進(jìn)行布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)即能進(jìn)行二進(jìn)制的四則運(yùn)算，又能進(jìn)行布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算。算。其符號(hào)如下：其符號(hào)如下：

17、ALUControlABS返回返回微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用2、三態(tài)輸出電路有何意義？、三態(tài)輸出電路有何意義？答案答案：三態(tài)輸出電路能使電路與總線脫離，是總線結(jié)構(gòu)具有公共通路三態(tài)輸出電路能使電路與總線脫離，是總線結(jié)構(gòu)具有公共通路的作用。的作用。3、何謂、何謂L門及門及E門，在總線結(jié)構(gòu)中有何用處？門，在總線結(jié)構(gòu)中有何用處？答案：答案：L門門 即即LOAD控制端，是用以使寄存器接受數(shù)據(jù)輸入的控制門控制端，是用以使寄存器接受數(shù)據(jù)輸入的控制門E門門 即即ENABLE控制端，是三態(tài)輸出門，用以使寄存器中的控制端，是三態(tài)輸出門，用以使寄存器中的數(shù)據(jù)輸出至總線數(shù)據(jù)輸出至總線 習(xí)習(xí) 題題返回返回微機(jī)原理及應(yīng)

18、用微機(jī)原理及應(yīng)用4、控制字是什么意義？、控制字是什么意義？答案：答案：控制字是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，其各位代表各個(gè)電路的邏輯狀態(tài)：通控制字是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，其各位代表各個(gè)電路的邏輯狀態(tài)：通或斷或斷5、ROM和和RAM各有何特點(diǎn)和用處？各有何特點(diǎn)和用處？答案：答案：ROM為只能讀出的存儲(chǔ)器，可用以存放固定的程序和數(shù)據(jù)。為只能讀出的存儲(chǔ)器，可用以存放固定的程序和數(shù)據(jù)。RAM為可寫入又可讀出的存儲(chǔ)器，可用以隨時(shí)寫入或讀出數(shù)為可寫入又可讀出的存儲(chǔ)器，可用以隨時(shí)寫入或讀出數(shù)據(jù)，也可用以寫入時(shí)有可能改變的用戶程序。據(jù)，也可用以寫入時(shí)有可能改變的用戶程序。 習(xí)習(xí) 題題返回返回微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用6、為什么要建立、為什么要建立“地址地址”這個(gè)概念？這個(gè)概念？答案：答案：因?yàn)榇鎯?chǔ)器的