微型計算機的基本組成電路培訓教材課件

第2章微型計算機的基本組成電路2022/12/311微型計算機原理及應用_宋廷強第2章微型計算機的基本組成電路2022/12/231微型本章教學目的通過回顧計算機基本組成電路，引出微機中最常用的部件名稱，并掌握其工作原理，包括ALU、觸發(fā)器、寄存器、存儲器和總線結(jié)構(gòu)等，使學生理解數(shù)據(jù)的存儲與流通的原理。2022/12/312微型計算機原理及應用_宋廷強本章教學目的通過回顧計算機基本組成電路，引出微機中最常用的部本章學習要求1.掌握算術(shù)邏輯單元、觸發(fā)器、寄存器、存儲器、總線結(jié)構(gòu)存儲器的類型及性能指標隨機存儲器RAM的結(jié)構(gòu)原理(SRAM,DRAM)，只讀存儲器ROM的結(jié)構(gòu)原理（PROM,EPROM,EPROM）。

2.理解控制字、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)流通的原理；典型芯片的引腳及存儲器容量的擴展

3.了解ASCII碼及數(shù)字和大寫字母A~Z的ASCII碼表述2022/12/313微型計算機原理及應用_宋廷強本章學習要求1.掌握2.理解3.了解2022/12/233本章主要外語詞匯ALU：ArithmeticLogicalUnit，算數(shù)邏輯部件Register：寄存器Memory：存儲器RAM：RandomAccessMemory,隨機存儲器ROM：ReadOnlyMemory，只讀存儲器MDR：MemoryDataRegister，存儲器數(shù)據(jù)寄存器MAR：MemoryAddressRegister，存儲器地址寄存器2022/12/314微型計算機原理及應用_宋廷強本章主要外語詞匯ALU：Arithmeti主要內(nèi)容ALU、觸發(fā)器、寄存器三態(tài)電路、總線結(jié)構(gòu)存儲器2022/12/315微型計算機原理及應用_宋廷強主要內(nèi)容ALU、觸發(fā)器、寄存器2022/12/235微型計算2.1算術(shù)邏輯部件ALU主要功能符號2022/12/316微型計算機原理及應用_宋廷強2.1算術(shù)邏輯部件ALU主要功能符號2022/12/2362.2觸發(fā)器觸發(fā)器(trigger)是計算機的記憶裝置的基本單元，也可說是記憶細胞。觸發(fā)器可以組成寄存器，寄存器又可以組成存儲器。寄存器和存儲器統(tǒng)稱為計算機的記憶裝置。微型計算機所用觸發(fā)器一般用晶體管元件而不用磁性元件。這是因為晶體管元件可以制成大規(guī)模的集成電路，體積可以更小些。下面簡要介紹RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器2022/12/317微型計算機原理及應用_宋廷強2.2觸發(fā)器觸發(fā)器(trigger)是計算機的記憶裝置2.2.1RS觸發(fā)器S端一般稱為置位端，使Q=1(Q=0)R端一般稱為復位端，使Q=0(Q=1)2022/12/318微型計算機原理及應用_宋廷強2.2.1RS觸發(fā)器S端一般稱為置位端，使Q=1(Q=圖2.3RS觸發(fā)器的符號2022/12/319微型計算機原理及應用_宋廷強圖2.3RS觸發(fā)器的符號2022/12/239微型計算機時標RS觸發(fā)器——為了使觸發(fā)器在整個機器中能和其他部件協(xié)調(diào)工作，RS觸發(fā)器經(jīng)常有外加的時標脈沖。CLK為時標脈沖。無論是置位還是復位，都必須在時標脈沖端為高電位時才能進行。2022/12/3110微型計算機原理及應用_宋廷強時標RS觸發(fā)器——為了使觸發(fā)器在整個機器中能和其他部件協(xié)調(diào)工2.2.2D觸發(fā)器RS觸發(fā)器有兩個輸入端S和R。為了存儲一個高電位，就需要一個高電位輸入的S端；為了存儲一個低電位，就需要另一個高電位輸入的R端。不方便。D觸發(fā)器是在RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上引伸出來的，它只需一個輸入端口。復位置位2022/12/3111微型計算機原理及應用_宋廷強2.2.2D觸發(fā)器RS觸發(fā)器有兩個輸入端S和R。為了存時標D觸發(fā)器時標脈沖CLK一般都是方波，在CLK處于正半周內(nèi)的任何瞬間，觸發(fā)器都有翻轉(zhuǎn)的可能，并不能保證時序電路動作一致性。2022/12/3112微型計算機原理及應用_宋廷強時標D觸發(fā)器時標脈沖CLK一般都是方波，在CLK處于正半周內(nèi)邊緣觸發(fā)的D觸發(fā)器為了使計算機的動作整齊劃一，總是想由時標CLK來指揮整個機器的行動，采用時標邊緣觸發(fā)的方式就可以得到準確劃一的動作。2022/12/3113微型計算機原理及應用_宋廷強邊緣觸發(fā)的D觸發(fā)器為了使計算機的動作整齊劃一，總是想由時標C在一些電路中，有時需要預先給某個觸發(fā)器置位(即置1)或清除(即置0)，而與時標脈沖以及D輸入端信號無關(guān)，這就是所謂預置和清除。觸發(fā)器的預置和清除2022/12/3114微型計算機原理及應用_宋廷強在一些電路中，有時需要預先給某個觸發(fā)器置位(即置1)或清除(2.2.3JK觸發(fā)器在RS觸發(fā)器前面增加兩個與門，并從輸出(Q和Q)到輸入(與門的輸入端)作交叉反饋，即可得到JK觸發(fā)器。JK觸發(fā)器是組成計數(shù)器的理想記憶元件。2022/12/3115微型計算機原理及應用_宋廷強2.2.3JK觸發(fā)器在RS觸發(fā)器前面增加兩個與門，并從JK觸發(fā)器的動作狀態(tài)2022/12/3116微型計算機原理及應用_宋廷強JK觸發(fā)器的動作狀態(tài)2022/12/2316微型計算機原理及JK觸發(fā)器的工作過程(1)當J=0，K=0，觸發(fā)器保持閉鎖狀態(tài)。(2)J=0，K=1，觸發(fā)器仍處于復位狀態(tài)(Q=0，Q=1)。(3)J=1，K=0，觸發(fā)器就仍處于置位狀態(tài)(Q=1，Q=0)。(4)J=1，K=1，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)2022/12/3117微型計算機原理及應用_宋廷強JK觸發(fā)器的工作過程(1)當J=0，K=0，觸發(fā)器保持閉鎖JK觸發(fā)器的符號2022/12/3118微型計算機原理及應用_宋廷強JK觸發(fā)器的符號2022/12/2318微型計算機原理及應用2.3寄存器寄存器(register)是由觸發(fā)器組成的。一個觸發(fā)器就是一個一位寄存器。由多個觸發(fā)器可以組成一個多位寄存器。計數(shù)器——一個計數(shù)脈沖到達時，會按二進制數(shù)的規(guī)律累計脈沖數(shù)；

常見的寄存器有：緩沖寄存器——用以暫存數(shù)據(jù)；移位寄存器——能夠?qū)⑵渌娴臄?shù)據(jù)一位一位地向左或向右移；累加器——用以暫存每次在ALU中計算的中間結(jié)果。2022/12/3119微型計算機原理及應用_宋廷強2.3寄存器寄存器(register)是由觸發(fā)器組成的。2.3.1緩沖寄存器普通寄存器是寄存平時處理的數(shù)據(jù)用的，可以加快計算機的處理問題的速度；而緩沖寄存器是用于兩個速度不匹配的單位之間的，作用是對高速度設(shè)備進行數(shù)據(jù)緩沖，防止低速度設(shè)備來不及處理而丟失數(shù)據(jù)。緩沖最常見的地方就是網(wǎng)絡了，你聽音樂，特別是看在線視頻，就需要緩沖。

2022/12/3120微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.1緩沖寄存器普通寄存器是寄存平時處理的數(shù)據(jù)用的2.3.1緩沖寄存器

其基本工作原理為：設(shè)有一個二進制數(shù)，共有4位數(shù)：X=X3X2X1X0要存到這個緩沖寄存器(buffer)中去，此寄存器是由4個D觸發(fā)器組成的。將數(shù)據(jù)X裝到寄存器中去的過程2022/12/3121微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.1緩沖寄存器

其基本工作原理為：設(shè)有一個二進制上述緩沖寄存器的數(shù)據(jù)X輸入到Q只是受CLK的節(jié)拍管理，即只要一將X各位加到寄存器各位的D輸入端，時標節(jié)拍一到，就會立即送到Q去。有時想讓其中的數(shù)據(jù)多留一些時間，但由于不可控之故，在CLK正前沿一到就會立即被來到門口的數(shù)據(jù)X替代掉?？煽鼐彌_寄存器帶寄存器的裝入門LOAD的緩沖寄存器2022/12/3122微型計算機原理及應用_宋廷強上述緩沖寄存器的數(shù)據(jù)X輸入到Q只是受CLK的節(jié)拍管理，即只要

在X0端送入數(shù)據(jù)(0或1)后，如LOAD端(以下簡稱為L端)為低電位，則右邊的與門被阻塞，X0過不去，而原來已存在此位中的數(shù)據(jù)由Q0送至左邊的與門。此與門的另一端輸入從非門引來的與L端反相的電平，即高電位。所以Q0的數(shù)據(jù)可以通過左邊的與門，再經(jīng)或門而送達D0端。這就形成自鎖，即既存的數(shù)據(jù)能夠可靠地存在其中而不會丟失。LOAD門工作原理：如L端為高電位，則左邊與門被阻塞而右邊與門可讓X0通過，這樣Q0的既存數(shù)據(jù)不再受到自鎖，而X0可以到達D0端。只要CLK的正前沿一到達，X0即被送到Q0去，這時就叫做裝入(LOAD)。一旦裝入之后，L端又降至低電平，則利用左邊的與門，X0就能自鎖而穩(wěn)定地存在Q0中。2022/12/3123微型計算機原理及應用_宋廷強 在X0端送入數(shù)據(jù)(0或1)后，LOAD門工作原理：如L端為上面的門電路稱作“L門”：高電平時使數(shù)據(jù)裝入，低電平時數(shù)據(jù)自鎖在其中。對于多位的寄存器，每位各加一套L門電路。2022/12/3124微型計算機原理及應用_宋廷強上面的門電路稱作“L門”：高電平時使數(shù)據(jù)裝入，低電平時數(shù)據(jù)可控緩沖寄存器的符號2022/12/3125微型計算機原理及應用_宋廷強可控緩沖寄存器的符號2022/12/2325微型計算機原理及74LS244典型芯片介紹74LS244為3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動器.雙4位單向緩沖器分成4位的兩組每組的控制端連接在一起控制端低電平有效輸出與輸入同相2022/12/3126微型計算機原理及應用_宋廷強74LS244典型芯片介紹74LS244為3態(tài)8位緩沖器，總線驅(qū)動器通常說計算機有地址、數(shù)據(jù)、控制三總線，由于總線上需要驅(qū)動的負載多，CPU是大規(guī)模集成電路，不具備功率驅(qū)動能力，總線驅(qū)動器的作用就是提供功率驅(qū)動，第二個原因是，CPU總線常常是分時復用總線，就是說在不同的時段，管腳上出現(xiàn)的信號功能不同，需要鎖存器存儲并分離信號，總線驅(qū)動器起鎖存器的作用2022/12/3127微型計算機原理及應用_宋廷強總線驅(qū)動器通常說計算機有地址、數(shù)據(jù)、控制三總線，由于總線上需Intel82868位雙向緩沖器雙向數(shù)據(jù)收發(fā)器控制端連接在一起，低電平有效可以雙向?qū)ㄝ敵雠c輸入同相OE*＝0，導通

T＝1A→BT＝0A←BOE*＝1，不導通2022/12/3128微型計算機原理及應用_宋廷強Intel82868位雙向緩沖器雙向數(shù)據(jù)收發(fā)器OE*＝02.3.2移位寄存器移位寄存器(shiftingregister)能將其所存儲的數(shù)據(jù)逐位向左或向右移動，以達到計算機在運行過程中所需的功能，例如用來判斷最左邊的位是0或1等。電路原理圖如圖2.16所示。2022/12/3129微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.2移位寄存器移位寄存器(shiftingre圖2.16移位寄存器簡化原理2022/12/3130微型計算機原理及應用_宋廷強圖2.16移位寄存器簡化原理2022/12/2330微CLK前沿未到Q=Q3Q2Q1Q0=0000左移寄存器的左移過程：第1前沿來到Q=0001第2前沿來到Q=0011第3前沿來到Q=0111第4前沿來到Q=1111第5前沿來到，如此時Din仍為1，則Q不變，仍為1111。當Q=1111之后，改變Din，使Din=0，如何變化？2022/12/3131微型計算機原理及應用_宋廷強CLK前沿未到Q=Q3Q2Q1Q0=0000左移寄存器和緩沖寄存器一樣，在整機運行中，移位寄存器也需要另有控制電路，以保證其在適當時機才參與協(xié)調(diào)工作。這個電路和圖2.13一樣，只要在每一位電路上增加一個LOAD門(L門)即可達到控制的目的?？煽匾莆患拇嫫鱏HL——左移(shifttotheleft)SHR——右移(shifttotheright)2022/12/3132微型計算機原理及應用_宋廷強和緩沖寄存器一樣，在整機運行中，移位寄存器也需要另有控制電路2.3.3計數(shù)器計數(shù)器(counter)是由若干個觸發(fā)器組成的寄存器，計數(shù)器也是一種寄存器行波計數(shù)器同步計數(shù)器環(huán)形計數(shù)器程序計數(shù)器特點：能夠把存儲在其中的數(shù)字加1。主要計數(shù)器有：2022/12/3133微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.3計數(shù)器計數(shù)器(counter)是由若干個觸發(fā)行波計數(shù)器1第1個時鐘脈沖促使其最低有效位(leastsignificantbit,LSB)加1，由0變1。第2個時鐘脈沖促使最低有效位由1變0，同時推動第2位，使其由0變1。同理，第2位由1變0時又去推動第3位，使其由0變1，這樣有如水波前進一樣逐位進位下去。工作原理2022/12/3134微型計算機原理及應用_宋廷強行波計數(shù)器1第1個時鐘脈沖促使其最低有效位(leastsi行波計數(shù)器2例：下圖采用JK觸發(fā)器組成行波計數(shù)器工作原理

初值Q=Q3Q2Q1Q0=0000第1時鐘后沿到Q=0001第2時鐘后沿到Q=0010第3時鐘后沿到Q=0011第4時鐘后沿到Q=0100…………第15時鐘后沿到Q=1111第16時鐘后沿到Q=0000102022/12/3135微型計算機原理及應用_宋廷強行波計數(shù)器2例：下圖采用JK觸發(fā)器組成行波計數(shù)器工作原理1行波計數(shù)器3圖2.19可控計數(shù)器原理可控計數(shù)器增加計數(shù)控制端COUNT當COUNT為高電位時，JK觸發(fā)器才可能翻轉(zhuǎn)；當COUNT為低電位時就不可能翻轉(zhuǎn)。2022/12/3136微型計算機原理及應用_宋廷強行波計數(shù)器3圖2.19可控計數(shù)器原理可控計數(shù)器增加計數(shù)控環(huán)形計數(shù)器一般用于發(fā)出順序控制信號，在計算機控制器中是一個很重要的部件圖2.21環(huán)形計數(shù)器的電路原理環(huán)形計數(shù)器只有一個高電位，其它位都為02022/12/3137微型計算機原理及應用_宋廷強環(huán)形計數(shù)器一般用于發(fā)出順序控制信號，在計算機控制器中是一個很環(huán)形計數(shù)器2當CLR端有高電位輸入時，除右邊第1位(LSB)外，其他各位全被置0(因清除電位CLR都接至它們的CLR端)，而右邊第1位則被置1(因清除電位CLR被引至其PR端)。即開始時，Q3Q2Q1Q0=0001第一個時鐘脈沖正邊緣來到時，Q3Q2Q1Q0=0010第2個時鐘脈沖前沿來到時，Q3Q2Q1Q0=0100第3個時鐘脈沖前沿來到時，Q3Q2Q1Q0=10002022/12/3138微型計算機原理及應用_宋廷強環(huán)形計數(shù)器2當CLR端有高電位輸入時，除右邊第1位(LSB)圖2.22環(huán)形計數(shù)器的符號2022/12/3139微型計算機原理及應用_宋廷強圖2.22環(huán)形計數(shù)器的符號2022/12/2339微型計程序計數(shù)器可以從0開始計數(shù)，也可以將外來的數(shù)裝入其中，需要COUNT輸入端和LOAD門圖2.23程序計數(shù)器是一種行波計數(shù)器2022/12/3140微型計算機原理及應用_宋廷強程序計數(shù)器可以從0開始計數(shù)，也可以將外來的數(shù)裝入其中，需要C2.3.4累加器累加器除了能裝入及輸出數(shù)據(jù)外，還能使存儲其中的數(shù)據(jù)左移或右移，所以它又是一種移位寄存器。圖2.24累加器的符號累加器也是一個由多個觸發(fā)器組成的多位寄存器，作為ALU運算過程的代數(shù)和的臨時存儲處。在微型計算機的數(shù)據(jù)處理中擔負著重要的任務。2022/12/3141微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.4累加器累加器除了能裝入及輸出數(shù)據(jù)外，還能使存2.4三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路可以由兩個或非門和兩個NMOS晶體管(T1，T2)及一個非門組成三態(tài)輸出電路，又稱三態(tài)門三態(tài)門具有單向?qū)ê腿龖B(tài)的特性為了使一條信號傳輸線能與多個觸發(fā)器接通2022/12/3142微型計算機原理及應用_宋廷強2.4三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路可以由兩個或非門和兩個NMOMOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理S(Source)：源極G(Gate)：柵極（金屬鋁或多晶硅）D(Drain)：漏極B(Substrate):襯底金屬層氧化物層半導體層PN結(jié)2022/12/3143微型計算機原理及應用_宋廷強MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理S(Source)：源極金屬層氧化以N溝道增強型為例：當加+VDS時，VGS=0時，D-S間是兩個背向PN結(jié)串聯(lián)，iD=0加上+VGS，且足夠大至VGS>VGS(th),D-S間形成導電溝道（N型層）開啟電壓MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理2022/12/3144微型計算機原理及應用_宋廷強以N溝道增強型為例：開啟電壓MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理202三態(tài)輸出電路2工作原理當ENABLE(選通端)為高電位時，兩個或非門的輸出狀態(tài)將由于A端的電位來決定。這就是說，在選通端(E端)為低電位時，A端和B端是不相通的，即它們之間存在著高阻狀態(tài)。當選通端E為低電位時，通過非門加至兩個或非門的將為高電位。此時，無論A為高或低電位，兩個或非門的輸出都是低電位，即G1與G2都是低電位。所以T1和T2同時都是截止狀態(tài)。2022/12/3145微型計算機原理及應用_宋廷強三態(tài)輸出電路2工作原理當ENABLE(選通端)為高電位時，兩三態(tài)輸出電路4對于本例中的三態(tài)門可以用下面兩句概括：E為低平時：輸出為高阻抗（三態(tài)）E為高電平時：輸出等于輸入其他幾種三態(tài)門的表示2022/12/3146微型計算機原理及應用_宋廷強三態(tài)輸出電路4對于本例中的三態(tài)門可以用下面兩句概括：2022三態(tài)輸出電路5A為某個電路裝置的輸出端，C為其輸入端。當EOUT=1時，B=A，即信息由左向右傳輸；EIN=1時，C=B，即信息由右向左傳輸。雙向三態(tài)輸出由兩個單向三態(tài)輸出電路來組成2022/12/3147微型計算機原理及應用_宋廷強三態(tài)輸出電路5A為某個電路裝置的輸出端，C為其輸入端。雙向三74LS2458位雙向緩沖器控制端連接在一起，低電平有效可以雙向?qū)ㄝ敵雠c輸入同相E*＝0，導通

DIR＝1A→BDIR＝0A←BE*＝1，不導通2022/12/3148微型計算機原理及應用_宋廷強74LS2458位雙向緩沖器控制端連接在一起，低電平有效74ls245

74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。當片選端/CE低電平有效時:DIR=“0”，信號由B向A傳輸;（接收）DIR=“1”，信號由A向B傳輸；（發(fā)送）當CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。

2022/12/3149微型計算機原理及應用_宋廷強74ls2452022/12/2349微型計算機原理及應用_三態(tài)門(E門)和裝入門(L門)一樣，都可加到任何寄存器(包括計數(shù)器和累加器)電路上去，L門負責對寄存器的裝入數(shù)據(jù)的控制，而E門負責對寄存器輸出數(shù)據(jù)的控制。有了L門和E門就可以利用總線結(jié)構(gòu)，使計算機的信息傳遞的線路簡單化，控制器的設(shè)計也更為合理而易于理解了。2022/12/3150微型計算機原理及應用_宋廷強三態(tài)門(E門)和裝入門(L門)一樣，都可加到任何寄存器(包括2.5總線結(jié)構(gòu)總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線。通俗的說，就是多個部件間的公共連線，用于在各個部件之間傳輸信息。人們常常以MHz表示的速度來描述總線頻率。

2022/12/3151微型計算機原理及應用_宋廷強2.5總線結(jié)構(gòu)總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個2.5總線結(jié)構(gòu)總線分類片內(nèi)總線、內(nèi)部總線、外部總線總線信號分類數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線總線性能參數(shù)總線時鐘頻率、總線寬度、總線傳輸速率2022/12/3152微型計算機原理及應用_宋廷強2.5總線結(jié)構(gòu)總線分類總線信號分類總線性能參數(shù)2022總線結(jié)構(gòu)2控制器

決定控制字中各位的電平高低A，B，C和D為4個寄存器，數(shù)據(jù)位數(shù)為4位控制字將各個寄存器的L門和E門按次序排成一列，則可稱其為控制字CON：CON=LAEALBEBLCECLDED2022/12/3153微型計算機原理及應用_宋廷強總線結(jié)構(gòu)2控制器A，B，C和D控制字2022/12/2353由控制器發(fā)出的控制總線，能將控制字各位分別送至各個寄存器用一條粗線表示總線，右圖有兩條總線，控制總線和數(shù)據(jù)總線2022/12/3154微型計算機原理及應用_宋廷強由控制器發(fā)出的控制總線，能將控制字各位分別送至各個寄存器202.6譯碼器在計算機中常常需要將一種代碼翻譯成控制信號，或在一組信息中取出所需要的一部分信息，完成這種功能的邏輯部件就是譯碼器。2022/12/3155微型計算機原理及應用_宋廷強2.6譯碼器在計算機中常常需要將一種代碼翻譯成控制信號，或2022/12/3156微型計算機原理及應用_宋廷強2022/12/2356微型計算機原理及應用_宋廷強2.6存儲器主要內(nèi)容：存儲器的概念、分類和要素只讀存儲器（ROM）隨機讀寫存儲器（RAM）CPU與存儲器的連接及存儲器的擴展

2022/12/3157微型計算機原理及應用_宋廷強2.6存儲器主要內(nèi)容：2022/12/2357微型計算存儲器就是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的，程序和數(shù)據(jù)都是信息的表現(xiàn)形式。按照存取速度和用途可把存儲器分為兩大類：內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存，又稱主存儲器）和外存儲器。存儲器的容量越大，記憶的信息也就越多，計算機的功能也就越強。存儲器(memory)是計算機的主要組成部分。它既可用來存儲數(shù)據(jù)，也可用以存放計算機的運算程序。存儲器由寄存器組成，可以看做一個寄存器堆，每個存儲單元實際上相當于一個緩沖寄存器。2022/12/3158微型計算機原理及應用_宋廷強存儲器就是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的，程序和數(shù)據(jù)都是信息的表現(xiàn)形式存儲器的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖2022/12/3159微型計算機原理及應用_宋廷強存儲器的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖2022/12/2359微型計算機原理地址寄存地址譯碼存儲體控制電路AB數(shù)據(jù)寄存讀寫電路DBOEWECS①存儲體存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息②地址譯碼電路根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個特定的存儲單元③片選和讀寫控制邏輯選中存儲芯片，控制讀寫操作2022/12/3160微型計算機原理及應用_宋廷強地地存儲體控制電路AB數(shù)讀DBOEWECS①存儲體2022①存儲體每個存儲單元具有一個唯一的地址，可存儲1位（位片結(jié)構(gòu)）或多位（字片結(jié)構(gòu)）二進制數(shù)據(jù)存儲容量與地址、數(shù)據(jù)線個數(shù)有關(guān)：芯片的存儲容量＝2M×N＝存儲單元數(shù)×存儲單元的位數(shù)M：芯片的地址線根數(shù)N：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)2022/12/3161微型計算機原理及應用_宋廷強①存儲體每個存儲單元具有一個唯一的地址，可存儲1位（位片結(jié)②地址譯碼電路譯碼器A5A4A3A2A1A06301存儲單元64個單元行譯碼A2A1A0710列譯碼A3A4A501764個單元單譯碼雙譯碼2022/12/3162微型計算機原理及應用_宋廷強②地址譯碼電路譯碼器A56301存儲單元64個單元行譯碼A③片選和讀寫控制邏輯片選端CS或CE有效時，可以對該芯片進行讀寫操作輸出OE控制讀操作。有效時，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出該控制端對應系統(tǒng)的讀控制線寫WE控制寫操作。有效時，數(shù)據(jù)進入芯片中該控制端對應系統(tǒng)的寫控制線2022/12/3163微型計算機原理及應用_宋廷強③片選和讀寫控制邏輯片選端CS或CE2022/12/236半導體存儲器的分類：按制造工藝雙極型：速度快、集成度低、功耗大MOS型：速度慢、集成度高、功耗低按使用屬性隨機存取存儲器RAM：可讀可寫、斷電丟失只讀存儲器ROM：正常只讀、斷電不丟失2022/12/3164微型計算機原理及應用_宋廷強半導體存儲器的分類：按制造工藝2022/12/2364微型計2．ROM的種類：1）掩膜ROM；2）可編程的只讀存儲器PROM；3）可擦除的EPROM；4）電擦除的PROM；5）快速擦寫存儲器FlashMemory又稱快閃存儲器半導體存儲器的分類：1．RAM的種類：在RAM中，按工藝可分為雙極型和MOS型兩大類。用MOS器件構(gòu)成的RAM，可分為靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM兩種。2022/12/3165微型計算機原理及應用_宋廷強2．ROM的種類：1）掩膜ROM；2）可編程的只讀存儲器PR半導體存儲器只讀存儲器（ROM）隨機存取存儲器（RAM）靜態(tài)RAM（SRAM）動態(tài)RAM（DRAM）非易失RAM（NVRAM）掩膜式ROM一次性可編程ROM（PROM）紫外線擦除可編程ROM（EPROM）電擦除可編程ROM（EEPROM）2022/12/3166微型計算機原理及應用_宋廷強半導體只讀存儲器隨機存取存儲器靜態(tài)RAM（SRAM）掩膜式R選擇存儲器件的考慮因素：（1）易失性（2）只讀性（3）位容量（4）功耗（5）速度（6）價格（7）可靠性2022/12/3167微型計算機原理及應用_宋廷強選擇存儲器件的考慮因素：（1）易失性（存儲器舉例例，右圖是一個16×8的存儲器，有16個存儲單元，每個單元為8位記憶字(即每單元保存一個字節(jié))的集成電路芯片該存儲器有4條地址線A0，A1，A2，A3和8條數(shù)據(jù)線D0，D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7。2022/12/3168微型計算機原理及應用_宋廷強存儲器舉例例，右圖是一個16×8的存儲器，有16個存儲單元，A0～A3就是地址總線中的4根譯碼線。當存儲器的存儲單元愈多，則地址總線中的譯碼線，亦即存儲器集成電路片的地址線愈多。在一般微型計算機中，地址線大都為16條。16條地址線，可譯出64K個地址。在286／386／486中采用20條地址線。當?shù)刂肪€為10條時，n=10，則可編地址號為1,024個，或稱為1K字節(jié)。這里的1K和習慣為1000不一樣，請務必注意。2022/12/3169微型計算機原理及應用_宋廷強A0～A3就是地址總線中的4根譯碼線。當存儲器的存儲單元愈多2.6.1只讀存儲器在一般工作狀態(tài)下，ROM中的信息只能讀出，不能寫入。對可編程的ROM芯片，可用特殊方法將信息寫入，該過程被稱為“編程”。對可擦除的ROM芯片，可采用特殊方法將原來信息擦除，以便再次編程。只讀存儲器ROM，是一種非易失性的半導體存儲器件。其中所存放的信息可長期保存，掉電也不會丟失，常被用來保存固定的程序和數(shù)據(jù)。2022/12/3170微型計算機原理及應用_宋廷強2.6.1只讀存儲器在一般工作狀態(tài)下，ROM中的信息只2022/12/3171微型計算機原理及應用_宋廷強2022/12/2371微型計算機原理及應用_宋廷強只讀存儲器28×4ROM8個存儲單元，每個4位(即半個字節(jié))m×nROM，m個存儲單元，其中每個為n位。ROM的符號圖，2022/12/3172微型計算機原理及應用_宋廷強只讀存儲器28×4ROM8個存儲單元，每個4位(即半個字節(jié)只讀存儲器3存儲地址寄存器也是一個可控緩沖寄存器，它具有L門以控制地址的輸入。它和存儲器的聯(lián)系是雙態(tài)的，即地址一進入MAR就立即被送到存儲器去存儲地址寄存器(MAR)：作為存儲器的一個附件，存儲地址寄存器是必需的。它將所要尋找的存儲單元的地址暫存下來，以備下一條指令之用。2022/12/3173微型計算機原理及應用_宋廷強只讀存儲器3存儲地址寄存器也是一個可控緩沖寄存器，它具有L門只讀存儲器4【例2.1】程序計數(shù)器PC，存儲地址寄存器MAR和ROM通過總線的聯(lián)系如右圖所示。設(shè)控制字依次是：(1)CPEPLMER=0110(2)CPEPLMER=0001(3)CPEPLMER=1000問：它們之間的信息是如何流通的?2022/12/3174微型計算機原理及應用_宋廷強只讀存儲器4【例2.1】程序計數(shù)器PC，存儲地址寄存器MAR開機時，先令CLR=1，則PC=0000(1)第1個控制字：CPEPLMER=0110EP=1，PC準備放出數(shù)據(jù)；LM=1，MAR準備裝入數(shù)據(jù)。在CLK正前沿到達時，CLK=1，MAR=PC=0000，PC的數(shù)據(jù)裝入MAR，同時MAR立即指向ROM的第一地址，即選中了ROM中的R0存儲單元。(2)第2個控制字：CPEPLMER=0001ER=1，令ROM放出數(shù)據(jù)，即，當ER為高電位，R0中的8位數(shù)據(jù)就被送入到W總線上去。(3)第3個控制字：CPEPLMER=1000CP=1，即為命令PC加1，得到PC=0001。這是在取數(shù)周期完了時，要求PC指向下一地址，為下一條指令準備條件。2022/12/3175微型計算機原理及應用_宋廷強開機時，先令CLR=1，則PC=0000(1)第1個控制字2.6.2隨機存儲器隨機存儲器又叫做讀／寫存儲器。不但能讀取已存放在其各個存儲單元中的數(shù)據(jù)，而且還能夠隨時寫進新的數(shù)據(jù)，或者改寫原來的數(shù)據(jù)。多用雙極型晶體管或金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。停電失去記憶能力。2022/12/3176微型計算機原理及應用_宋廷強2.6.2隨機存儲器隨機存儲器又叫做讀／寫存儲器。20隨機存儲器：2022/12/3177微型計算機原理及應用_宋廷強隨機存儲器：2022/12/2377微型計算機原理及應用_宋RAM的符號A——地址線；DIN——要寫入的數(shù)據(jù)；DOUT——要讀出的數(shù)據(jù)；ME——選通此RAM的E門。當ME=0時，此RAM未選中，故WE是什么(0或1)都不能影響RAM的動作，并且其輸出端是懸浮(高阻)的。只有在ME=1時，此RAM才被選中，才能再進一步去確定其是讀出還是寫入。WE=0時，為數(shù)據(jù)讀出；WE=1時，為數(shù)據(jù)寫入。2022/12/3178微型計算機原理及應用_宋廷強RAM的符號2022/12/2378微型計算機原理及應用_宋存儲器數(shù)據(jù)寄存器(memorydataregister，MDR)，作用是將要寫入RAM中去的數(shù)據(jù)暫存寄MDR中，以等待控制器發(fā)出WE=1的命令到來時，才能寫入RAM中去。2022/12/3179微型計算機原理及應用_宋廷強存儲器數(shù)據(jù)寄存器(memorydataregister，【例】一個微型計算機的一部分如下圖所示，其工作程序分析如圖。這一部分系統(tǒng)圖是用來分析將數(shù)據(jù)I0裝入到RAM中去的過程的。設(shè)要寫入到RAM中去的數(shù)據(jù)為：I0=110000011001(共12位)這部分的控制字為：CON=CPEPLMWEMELDLIEI(共8位)已設(shè)計好的控制字的次序如下：CON1=01100000(6016)CON2=00000010(0216)CON3=00000101(0516)CON4=00011000(1816)CON5=10000000(8016)問：經(jīng)過CLR=1之后，機器的動作順序和現(xiàn)象如何?2022/12/3180微型計算機原理及應用_宋廷強【例】一個微型計算機的一部分如下圖所示，其工作程序分析如圖。CON=CPEPLMWEMELDLIEI(共8位)已設(shè)計好的控制字的次序如下：

CON1=0110

0000(6016)

CON2=0000

0010(0216)

CON3=0000

0101(0516)

CON4=0001

1000(1816)

CON5=1000

0000(8016)2022/12/3181微型計算機原理及應用_宋廷強CON=CPEPLMWEMELDLIEI(共8位)2022(2)在CON1=0110

0000時=>EP=1LM=1·將PC的內(nèi)容裝到MAR中去，當CLK的前沿一到時：MAR=PC=00000000(0016)這是指出存儲器RAM中第一個存儲單元R0的地址。(1)CLR=1，PC已被清零，PC=00000000(4)在CON3=0000

0101時，LD=1，MDR準備接受數(shù)據(jù)；EI=1，I準備放出數(shù)據(jù)。當?shù)?個CLK的前沿到達時，MDR=I=I0=1100

0001

1001(3)在CON2=0000

0010時，LI=1·為輸入寄存器作好準備，以便輸入數(shù)據(jù)I0。當?shù)?個CLK的前沿到達時，I=I0=1100

0001

10012022/12/3182微型計算機原理及應用_宋廷強(2)在CON1=01100000時=>EP=1L(5)在CON4=0001

1000時,WE=1,ME=1RAM開始“寫入”的動作。由于RAM是異步工作的，不受CLK的控制，所以，在WE=1及ME=1時，RAM中的第一個存儲單元R0即接受來自暫存于MDR的數(shù)據(jù)I0，即R0=MDR=I0=1100

0001

1001這5個控制字組成一條指令，稱為例行程序。用一句話來說，這個指令就是“把外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)(輸入字)裝入到計算機的內(nèi)存中去”。執(zhí)行結(jié)果是：

R0=I0(6)在CON5=10000000時,

CP=1這是命令PC加1的指令。在第4個CLK的前沿到達時，PC=0000

00012022/12/3183微型計算機原理及應用_宋廷強(5)在CON4=00011000時,WE=1,ME=1地址擴充片選端D7～D0A19～A10A9～A0（2）A9～A0D7～D0CE（1）A9～A0D7～D0CE譯碼器000000000100000000002022/12/3184微型計算機原理及應用_宋廷強地址擴充片選端D7～D0A19～A10A9～A0（2）A9～本章小結(jié)算術(shù)邏輯單元觸發(fā)器RS觸發(fā)器，時標觸發(fā)器D觸發(fā)器邊緣觸發(fā)的D觸發(fā)器JK觸發(fā)器寄存器緩沖寄存器，帶“L門”的緩沖寄存器移位寄存器存儲器2022/12/3185微型計算機原理及應用_宋廷強本章小結(jié)算術(shù)邏輯單元2022/12/2385微型計算機原理參考文獻鄭學堅，周斌.微型計算機原理及應用（第三版）.北京：清華大學出版社，2001羅朝杰.數(shù)字邏輯設(shè)計基礎(chǔ).北京：人民郵電出版社，1982鄒逢興.微型計算機接口原理與技術(shù).長沙：國防科技大學出版社，1993姚燕南，薛鈞義.微型計算機原理.西安：西安電子科技大學出版社，19942022/12/3186微型計算機原理及應用_宋廷強參考文獻鄭學堅，周斌.微型計算機原理及應用（第三版）.北本章結(jié)束，謝謝!

2022/12/3187微型計算機原理及應用_宋廷強本章結(jié)束，謝謝!

2022/12/2387微型計算機原理及演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！第2章微型計算機的基本組成電路2022/12/3189微型計算機原理及應用_宋廷強第2章微型計算機的基本組成電路2022/12/231微型本章教學目的通過回顧計算機基本組成電路，引出微機中最常用的部件名稱，并掌握其工作原理，包括ALU、觸發(fā)器、寄存器、存儲器和總線結(jié)構(gòu)等，使學生理解數(shù)據(jù)的存儲與流通的原理。2022/12/3190微型計算機原理及應用_宋廷強本章教學目的通過回顧計算機基本組成電路，引出微機中最常用的部本章學習要求1.掌握算術(shù)邏輯單元、觸發(fā)器、寄存器、存儲器、總線結(jié)構(gòu)存儲器的類型及性能指標隨機存儲器RAM的結(jié)構(gòu)原理(SRAM,DRAM)，只讀存儲器ROM的結(jié)構(gòu)原理（PROM,EPROM,EPROM）。

2.理解控制字、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)流通的原理；典型芯片的引腳及存儲器容量的擴展

3.了解ASCII碼及數(shù)字和大寫字母A~Z的ASCII碼表述2022/12/3191微型計算機原理及應用_宋廷強本章學習要求1.掌握2.理解3.了解2022/12/233本章主要外語詞匯ALU：ArithmeticLogicalUnit，算數(shù)邏輯部件Register：寄存器Memory：存儲器RAM：RandomAccessMemory,隨機存儲器ROM：ReadOnlyMemory，只讀存儲器MDR：MemoryDataRegister，存儲器數(shù)據(jù)寄存器MAR：MemoryAddressRegister，存儲器地址寄存器2022/12/3192微型計算機原理及應用_宋廷強本章主要外語詞匯ALU：Arithmeti主要內(nèi)容ALU、觸發(fā)器、寄存器三態(tài)電路、總線結(jié)構(gòu)存儲器2022/12/3193微型計算機原理及應用_宋廷強主要內(nèi)容ALU、觸發(fā)器、寄存器2022/12/235微型計算2.1算術(shù)邏輯部件ALU主要功能符號2022/12/3194微型計算機原理及應用_宋廷強2.1算術(shù)邏輯部件ALU主要功能符號2022/12/2362.2觸發(fā)器觸發(fā)器(trigger)是計算機的記憶裝置的基本單元，也可說是記憶細胞。觸發(fā)器可以組成寄存器，寄存器又可以組成存儲器。寄存器和存儲器統(tǒng)稱為計算機的記憶裝置。微型計算機所用觸發(fā)器一般用晶體管元件而不用磁性元件。這是因為晶體管元件可以制成大規(guī)模的集成電路，體積可以更小些。下面簡要介紹RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器2022/12/3195微型計算機原理及應用_宋廷強2.2觸發(fā)器觸發(fā)器(trigger)是計算機的記憶裝置2.2.1RS觸發(fā)器S端一般稱為置位端，使Q=1(Q=0)R端一般稱為復位端，使Q=0(Q=1)2022/12/3196微型計算機原理及應用_宋廷強2.2.1RS觸發(fā)器S端一般稱為置位端，使Q=1(Q=圖2.3RS觸發(fā)器的符號2022/12/3197微型計算機原理及應用_宋廷強圖2.3RS觸發(fā)器的符號2022/12/239微型計算機時標RS觸發(fā)器——為了使觸發(fā)器在整個機器中能和其他部件協(xié)調(diào)工作，RS觸發(fā)器經(jīng)常有外加的時標脈沖。CLK為時標脈沖。無論是置位還是復位，都必須在時標脈沖端為高電位時才能進行。2022/12/3198微型計算機原理及應用_宋廷強時標RS觸發(fā)器——為了使觸發(fā)器在整個機器中能和其他部件協(xié)調(diào)工2.2.2D觸發(fā)器RS觸發(fā)器有兩個輸入端S和R。為了存儲一個高電位，就需要一個高電位輸入的S端；為了存儲一個低電位，就需要另一個高電位輸入的R端。不方便。D觸發(fā)器是在RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上引伸出來的，它只需一個輸入端口。復位置位2022/12/3199微型計算機原理及應用_宋廷強2.2.2D觸發(fā)器RS觸發(fā)器有兩個輸入端S和R。為了存時標D觸發(fā)器時標脈沖CLK一般都是方波，在CLK處于正半周內(nèi)的任何瞬間，觸發(fā)器都有翻轉(zhuǎn)的可能，并不能保證時序電路動作一致性。2022/12/31100微型計算機原理及應用_宋廷強時標D觸發(fā)器時標脈沖CLK一般都是方波，在CLK處于正半周內(nèi)邊緣觸發(fā)的D觸發(fā)器為了使計算機的動作整齊劃一，總是想由時標CLK來指揮整個機器的行動，采用時標邊緣觸發(fā)的方式就可以得到準確劃一的動作。2022/12/31101微型計算機原理及應用_宋廷強邊緣觸發(fā)的D觸發(fā)器為了使計算機的動作整齊劃一，總是想由時標C在一些電路中，有時需要預先給某個觸發(fā)器置位(即置1)或清除(即置0)，而與時標脈沖以及D輸入端信號無關(guān)，這就是所謂預置和清除。觸發(fā)器的預置和清除2022/12/31102微型計算機原理及應用_宋廷強在一些電路中，有時需要預先給某個觸發(fā)器置位(即置1)或清除(2.2.3JK觸發(fā)器在RS觸發(fā)器前面增加兩個與門，并從輸出(Q和Q)到輸入(與門的輸入端)作交叉反饋，即可得到JK觸發(fā)器。JK觸發(fā)器是組成計數(shù)器的理想記憶元件。2022/12/31103微型計算機原理及應用_宋廷強2.2.3JK觸發(fā)器在RS觸發(fā)器前面增加兩個與門，并從JK觸發(fā)器的動作狀態(tài)2022/12/31104微型計算機原理及應用_宋廷強JK觸發(fā)器的動作狀態(tài)2022/12/2316微型計算機原理及JK觸發(fā)器的工作過程(1)當J=0，K=0，觸發(fā)器保持閉鎖狀態(tài)。(2)J=0，K=1，觸發(fā)器仍處于復位狀態(tài)(Q=0，Q=1)。(3)J=1，K=0，觸發(fā)器就仍處于置位狀態(tài)(Q=1，Q=0)。(4)J=1，K=1，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)2022/12/31105微型計算機原理及應用_宋廷強JK觸發(fā)器的工作過程(1)當J=0，K=0，觸發(fā)器保持閉鎖JK觸發(fā)器的符號2022/12/31106微型計算機原理及應用_宋廷強JK觸發(fā)器的符號2022/12/2318微型計算機原理及應用2.3寄存器寄存器(register)是由觸發(fā)器組成的。一個觸發(fā)器就是一個一位寄存器。由多個觸發(fā)器可以組成一個多位寄存器。計數(shù)器——一個計數(shù)脈沖到達時，會按二進制數(shù)的規(guī)律累計脈沖數(shù)；

常見的寄存器有：緩沖寄存器——用以暫存數(shù)據(jù)；移位寄存器——能夠?qū)⑵渌娴臄?shù)據(jù)一位一位地向左或向右移；累加器——用以暫存每次在ALU中計算的中間結(jié)果。2022/12/31107微型計算機原理及應用_宋廷強2.3寄存器寄存器(register)是由觸發(fā)器組成的。2.3.1緩沖寄存器普通寄存器是寄存平時處理的數(shù)據(jù)用的，可以加快計算機的處理問題的速度；而緩沖寄存器是用于兩個速度不匹配的單位之間的，作用是對高速度設(shè)備進行數(shù)據(jù)緩沖，防止低速度設(shè)備來不及處理而丟失數(shù)據(jù)。緩沖最常見的地方就是網(wǎng)絡了，你聽音樂，特別是看在線視頻，就需要緩沖。

2022/12/31108微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.1緩沖寄存器普通寄存器是寄存平時處理的數(shù)據(jù)用的2.3.1緩沖寄存器

其基本工作原理為：設(shè)有一個二進制數(shù)，共有4位數(shù)：X=X3X2X1X0要存到這個緩沖寄存器(buffer)中去，此寄存器是由4個D觸發(fā)器組成的。將數(shù)據(jù)X裝到寄存器中去的過程2022/12/31109微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.1緩沖寄存器

其基本工作原理為：設(shè)有一個二進制上述緩沖寄存器的數(shù)據(jù)X輸入到Q只是受CLK的節(jié)拍管理，即只要一將X各位加到寄存器各位的D輸入端，時標節(jié)拍一到，就會立即送到Q去。有時想讓其中的數(shù)據(jù)多留一些時間，但由于不可控之故，在CLK正前沿一到就會立即被來到門口的數(shù)據(jù)X替代掉?？煽鼐彌_寄存器帶寄存器的裝入門LOAD的緩沖寄存器2022/12/31110微型計算機原理及應用_宋廷強上述緩沖寄存器的數(shù)據(jù)X輸入到Q只是受CLK的節(jié)拍管理，即只要

在X0端送入數(shù)據(jù)(0或1)后，如LOAD端(以下簡稱為L端)為低電位，則右邊的與門被阻塞，X0過不去，而原來已存在此位中的數(shù)據(jù)由Q0送至左邊的與門。此與門的另一端輸入從非門引來的與L端反相的電平，即高電位。所以Q0的數(shù)據(jù)可以通過左邊的與門，再經(jīng)或門而送達D0端。這就形成自鎖，即既存的數(shù)據(jù)能夠可靠地存在其中而不會丟失。LOAD門工作原理：如L端為高電位，則左邊與門被阻塞而右邊與門可讓X0通過，這樣Q0的既存數(shù)據(jù)不再受到自鎖，而X0可以到達D0端。只要CLK的正前沿一到達，X0即被送到Q0去，這時就叫做裝入(LOAD)。一旦裝入之后，L端又降至低電平，則利用左邊的與門，X0就能自鎖而穩(wěn)定地存在Q0中。2022/12/31111微型計算機原理及應用_宋廷強 在X0端送入數(shù)據(jù)(0或1)后，LOAD門工作原理：如L端為上面的門電路稱作“L門”：高電平時使數(shù)據(jù)裝入，低電平時數(shù)據(jù)自鎖在其中。對于多位的寄存器，每位各加一套L門電路。2022/12/31112微型計算機原理及應用_宋廷強上面的門電路稱作“L門”：高電平時使數(shù)據(jù)裝入，低電平時數(shù)據(jù)可控緩沖寄存器的符號2022/12/31113微型計算機原理及應用_宋廷強可控緩沖寄存器的符號2022/12/2325微型計算機原理及74LS244典型芯片介紹74LS244為3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動器.雙4位單向緩沖器分成4位的兩組每組的控制端連接在一起控制端低電平有效輸出與輸入同相2022/12/31114微型計算機原理及應用_宋廷強74LS244典型芯片介紹74LS244為3態(tài)8位緩沖器，總線驅(qū)動器通常說計算機有地址、數(shù)據(jù)、控制三總線，由于總線上需要驅(qū)動的負載多，CPU是大規(guī)模集成電路，不具備功率驅(qū)動能力，總線驅(qū)動器的作用就是提供功率驅(qū)動，第二個原因是，CPU總線常常是分時復用總線，就是說在不同的時段，管腳上出現(xiàn)的信號功能不同，需要鎖存器存儲并分離信號，總線驅(qū)動器起鎖存器的作用2022/12/31115微型計算機原理及應用_宋廷強總線驅(qū)動器通常說計算機有地址、數(shù)據(jù)、控制三總線，由于總線上需Intel82868位雙向緩沖器雙向數(shù)據(jù)收發(fā)器控制端連接在一起，低電平有效可以雙向?qū)ㄝ敵雠c輸入同相OE*＝0，導通

T＝1A→BT＝0A←BOE*＝1，不導通2022/12/31116微型計算機原理及應用_宋廷強Intel82868位雙向緩沖器雙向數(shù)據(jù)收發(fā)器OE*＝02.3.2移位寄存器移位寄存器(shiftingregister)能將其所存儲的數(shù)據(jù)逐位向左或向右移動，以達到計算機在運行過程中所需的功能，例如用來判斷最左邊的位是0或1等。電路原理圖如圖2.16所示。2022/12/31117微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.2移位寄存器移位寄存器(shiftingre圖2.16移位寄存器簡化原理2022/12/31118微型計算機原理及應用_宋廷強圖2.16移位寄存器簡化原理2022/12/2330微CLK前沿未到Q=Q3Q2Q1Q0=0000左移寄存器的左移過程：第1前沿來到Q=0001第2前沿來到Q=0011第3前沿來到Q=0111第4前沿來到Q=1111第5前沿來到，如此時Din仍為1，則Q不變，仍為1111。當Q=1111之后，改變Din，使Din=0，如何變化？2022/12/31119微型計算機原理及應用_宋廷強CLK前沿未到Q=Q3Q2Q1Q0=0000左移寄存器和緩沖寄存器一樣，在整機運行中，移位寄存器也需要另有控制電路，以保證其在適當時機才參與協(xié)調(diào)工作。這個電路和圖2.13一樣，只要在每一位電路上增加一個LOAD門(L門)即可達到控制的目的?？煽匾莆患拇嫫鱏HL——左移(shifttotheleft)SHR——右移(shifttotheright)2022/12/31120微型計算機原理及應用_宋廷強和緩沖寄存器一樣，在整機運行中，移位寄存器也需要另有控制電路2.3.3計數(shù)器計數(shù)器(counter)是由若干個觸發(fā)器組成的寄存器，計數(shù)器也是一種寄存器行波計數(shù)器同步計數(shù)器環(huán)形計數(shù)器程序計數(shù)器特點：能夠把存儲在其中的數(shù)字加1。主要計數(shù)器有：2022/12/31121微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.3計數(shù)器計數(shù)器(counter)是由若干個觸發(fā)行波計數(shù)器1第1個時鐘脈沖促使其最低有效位(leastsignificantbit,LSB)加1，由0變1。第2個時鐘脈沖促使最低有效位由1變0，同時推動第2位，使其由0變1。同理，第2位由1變0時又去推動第3位，使其由0變1，這樣有如水波前進一樣逐位進位下去。工作原理2022/12/31122微型計算機原理及應用_宋廷強行波計數(shù)器1第1個時鐘脈沖促使其最低有效位(leastsi行波計數(shù)器2例：下圖采用JK觸發(fā)器組成行波計數(shù)器工作原理

初值Q=Q3Q2Q1Q0=0000第1時鐘后沿到Q=0001第2時鐘后沿到Q=0010第3時鐘后沿到Q=0011第4時鐘后沿到Q=0100…………第15時鐘后沿到Q=1111第16時鐘后沿到Q=0000102022/12/31123微型計算機原理及應用_宋廷強行波計數(shù)器2例：下圖采用JK觸發(fā)器組成行波計數(shù)器工作原理1行波計數(shù)器3圖2.19可控計數(shù)器原理可控計數(shù)器增加計數(shù)控制端COUNT當COUNT為高電位時，JK觸發(fā)器才可能翻轉(zhuǎn)；當COUNT為低電位時就不可能翻轉(zhuǎn)。2022/12/31124微型計算機原理及應用_宋廷強行波計數(shù)器3圖2.19可控計數(shù)器原理可控計數(shù)器增加計數(shù)控環(huán)形計數(shù)器一般用于發(fā)出順序控制信號，在計算機控制器中是一個很重要的部件圖2.21環(huán)形計數(shù)器的電路原理環(huán)形計數(shù)器只有一個高電位，其它位都為02022/12/31125微型計算機原理及應用_宋廷強環(huán)形計數(shù)器一般用于發(fā)出順序控制信號，在計算機控制器中是一個很環(huán)形計數(shù)器2當CLR端有高電位輸入時，除右邊第1位(LSB)外，其他各位全被置0(因清除電位CLR都接至它們的CLR端)，而右邊第1位則被置1(因清除電位CLR被引至其PR端)。即開始時，Q3Q2Q1Q0=0001第一個時鐘脈沖正邊緣來到時，Q3Q2Q1Q0=0010第2個時鐘脈沖前沿來到時，Q3Q2Q1Q0=0100第3個時鐘脈沖前沿來到時，Q3Q2Q1Q0=10002022/12/31126微型計算機原理及應用_宋廷強環(huán)形計數(shù)器2當CLR端有高電位輸入時，除右邊第1位(LSB)圖2.22環(huán)形計數(shù)器的符號2022/12/31127微型計算機原理及應用_宋廷強圖2.22環(huán)形計數(shù)器的符號2022/12/2339微型計程序計數(shù)器可以從0開始計數(shù)，也可以將外來的數(shù)裝入其中，需要COUNT輸入端和LOAD門圖2.23程序計數(shù)器是一種行波計數(shù)器2022/12/31128微型計算機原理及應用_宋廷強程序計數(shù)器可以從0開始計數(shù)，也可以將外來的數(shù)裝入其中，需要C2.3.4累加器累加器除了能裝入及輸出數(shù)據(jù)外，還能使存儲其中的數(shù)據(jù)左移或右移，所以它又是一種移位寄存器。圖2.24累加器的符號累加器也是一個由多個觸發(fā)器組成的多位寄存器，作為ALU運算過程的代數(shù)和的臨時存儲處。在微型計算機的數(shù)據(jù)處理中擔負著重要的任務。2022/12/31129微型計算機原理及應用_宋廷強2.3.4累加器累加器除了能裝入及輸出數(shù)據(jù)外，還能使存2.4三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路可以由兩個或非門和兩個NMOS晶體管(T1，T2)及一個非門組成三態(tài)輸出電路，又稱三態(tài)門三態(tài)門具有單向?qū)ê腿龖B(tài)的特性為了使一條信號傳輸線能與多個觸發(fā)器接通2022/12/31130微型計算機原理及應用_宋廷強2.4三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路可以由兩個或非門和兩個NMOMOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理S(Source)：源極G(Gate)：柵極（金屬鋁或多晶硅）D(Drain)：漏極B(Substrate):襯底金屬層氧化物層半導體層PN結(jié)2022/12/31131微型計算機原理及應用_宋廷強MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理S(Source)：源極金屬層氧化以N溝道增強型為例：當加+VDS時，VGS=0時，D-S間是兩個背向PN結(jié)串聯(lián)，iD=0加上+VGS，且足夠大至VGS>VGS(th),D-S間形成導電溝道（N型層）開啟電壓MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理2022/12/31132微型計算機原理及應用_宋廷強以N溝道增強型為例：開啟電壓MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理202三態(tài)輸出電路2工作原理當ENABLE(選通端)為高電位時，兩個或非門的輸出狀態(tài)將由于A端的電位來決定。這就是說，在選通端(E端)為低電位時，A端和B端是不相通的，即它們之間存在著高阻狀態(tài)。當選通端E為低電位時，通過非門加至兩個或非門的將為高電位。此時，無論A為高或低電位，兩個或非門的輸出都是低電位，即G1與G2都是低電位。所以T1和T2同時都是截止狀態(tài)。2022/12/31133微型計算機原理及應用_宋廷強三態(tài)輸出電路2工作原理當ENABLE(選通端)為高電位時，兩三態(tài)輸出電路4對于本例中的三態(tài)門可以用下面兩句概括：E為低平時：輸出為高阻抗（三態(tài)）E為高電平時：輸出等于輸入其他幾種三態(tài)門的表示2022/12/31134微型計算機原理及應用_宋廷強三態(tài)輸出電路4對于本例中的三態(tài)門可以用下面兩句概括：2022三態(tài)輸出電路5A為某個電路裝置的輸出端，C為其輸入端。當EOUT=1時，B=A，即信息由左向右傳輸；EIN=1時，C=B，即信息由右向左傳輸。雙向三態(tài)輸出由兩個單向三態(tài)輸出電路來組成2022/12/31135微型計算機原理及應用_宋廷強三態(tài)輸出電路5A為某個電路裝置的輸出端，C為其輸入端。雙向三74LS2458位雙向緩沖器控制端連接在一起，低電平有效可以雙向?qū)ㄝ敵雠c輸入同相E*＝0，導通

DIR＝1A→BDIR＝0A←BE*＝1，不導通2022/12/31136微型計算機原理及應用_宋廷強74LS2458位雙向緩沖器控制端連接在一起，低電平有效74ls245

74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。當片選端/CE低電平有效時:DIR=“0”，信號由B向A傳輸;（接收）DIR=“1”，信號由A向B傳輸；（發(fā)送）當CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。

2022/12/31137微型計算機原理及應用_宋廷強74ls2452022/12/2349微型計算機原理及應用_三態(tài)門(E門)和裝入門(L門)一樣，都可加到任何寄存器(包括計數(shù)器和累加器)電路上去，L門負責對寄存器的裝入數(shù)據(jù)的控制，而E門負責對寄存器輸出數(shù)據(jù)的控制。有了L門和E門就可以利用總線結(jié)構(gòu)，使計算機的信息傳遞的線路簡單化，控制器的設(shè)計也更為合理而易于理解了。2022/12/31138微型計算機原理及應用_宋廷強三態(tài)門(E門)和裝入門(L門)一樣，都可加到任何寄存器(包括2.5總線結(jié)構(gòu)總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線。通俗的說，就是多個部件間的公共連線，用于在各個部件之間傳輸信息。人們常常以MHz表示的速度來描述總線頻率。

2022/12/31139微型計算機原理及應用_宋廷強2.5總線結(jié)構(gòu)總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個2.5總線結(jié)構(gòu)總線分類片內(nèi)總線、內(nèi)部總線、外部總線總線信號分類數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線總線性能參數(shù)總線時鐘頻率、總線寬度、總線傳輸速率2022/12/31140微型計算機原理及應用_宋廷強2.5總線結(jié)構(gòu)總線分類總線信號分類總線性能參數(shù)2022總線結(jié)構(gòu)2控制器

決定控制字中各位的電平高低A，B，C和D為4個寄存器，數(shù)據(jù)位數(shù)為4位控制字將各個寄存器的L門和E門按次序排成一列，則可稱其為控制字CON：CON=LAEALBEBLCECLDED2022/12/31141微型計算機原理及應用_宋廷強總線結(jié)構(gòu)2控制器A，B，C和D控制字2022/12/2353由控制器發(fā)出的控制總線，能將控制字各位分別送至各個寄存器用一條粗線表示總線，右圖有兩條總線，控制總線和數(shù)據(jù)總線2022/12/31142微型計算機原理及應用_宋廷強由控制器發(fā)出的控制總線，能將控制字各位分別送至各個寄存器202.6譯碼器在計算機中常常需要將一種代碼翻譯成控制信號，或在一組信息中取出所需要的一部分信息，完成這種功能的邏輯部件就是譯碼器。2022/12/31143微型計算機原理及應用_宋廷強2.6譯碼器在計算機中常常需要將一種代碼翻譯成控制信號，或2022/12/31144微型計算機原理及應用_宋廷強2022/12/2356微型計算機原理及應用_宋廷強2.6存儲器主要內(nèi)容：存儲器的概念、分類和要素只讀存儲器（ROM）隨機讀寫存儲器（RAM）CPU與存儲器的連接及存儲器的擴展

2022/12/31145微型計算機原理及應用_宋廷強2.6存儲器主要內(nèi)容：2022/12/2357微型計算存儲器就是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的，程序和數(shù)據(jù)都是信息的表現(xiàn)形式。按照存取速度和用途可把存儲器分為兩大類：內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存，又稱主存儲器）和外存儲器。存儲器的容量越大，記憶的信息也就越多，計算機的功能也就越強。存儲器(memory)是計算機的主要組成部分。它既可用來存儲數(shù)據(jù)，也可用以存放計算機的運算程序。存儲器由寄存器組成，可以看做一個寄存器堆，每個存儲單元實際上相當于一個緩沖寄存器。2022/12/31146微型計算機原理及應用_宋廷強存儲器就是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的，程序和數(shù)據(jù)都是信息的表現(xiàn)形式存儲器的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖2022/12/31147微型計算機原理及應用_宋廷強存儲器的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖2022/12/2359微型計算機原理地址寄存地址譯碼存儲體控制電路AB數(shù)據(jù)寄存讀寫電路DBOEWECS①存儲體存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息②地址譯碼電路根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個特定的存儲單元③片選和讀寫控制邏輯選中存儲芯片，控制讀寫操作2022/12/31148微型計算機原理及應用_宋廷強地地存儲體控制電路AB數(shù)讀DBOEWECS①存儲體2022①存儲體每個存儲單元具有一個唯一的地址，可存儲1位（位片結(jié)構(gòu)）或多位（字片結(jié)構(gòu)）二進制數(shù)據(jù)存儲容量與地址、數(shù)據(jù)線個數(shù)有關(guān)：芯片的存儲容量＝2M×N＝存儲單元數(shù)×存儲單元的位數(shù)M：芯片的地址線根數(shù)N：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)2022/12/31149微型計算機原理及應用_宋廷強①存儲體每個存儲單元具有一個唯一的地址，可存儲1位（位片結(jié)②地址譯碼電路譯碼器A5A4A3A2A1A06301存儲單元64個單元行譯碼A2A1A0710列譯碼A3A4A501764個單元單譯碼雙譯碼2022/12/31150微型計算機原理及應用_宋廷強②地址譯碼電路譯碼器A56301存儲單元64個單元行譯碼A③片選和讀寫控制邏輯片選端CS或CE有效時，可以對該芯片進行讀寫操作輸出OE控制讀操作。有效時，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出該控制端對應系統(tǒng)的讀控制線寫WE控制寫操作。有效時，數(shù)據(jù)進入芯片中該控制端對應系統(tǒng)的寫控制線2022/12/31151微型計算機原理及應用_宋廷強③片選和讀寫控制邏輯片選端CS或CE