专升本微机原理清华版第三章.ppt
第三章 微型计算机的基本工作原理,微机原理及应用,本章主要内容：,微型计算机结构的简化形式指令系统程序设计执行指令的例行程序控制部件本章小结,微机原理及应用,微型计算机结构的简化形式,简化的微型计算机的硬件结构特点,简化的微型计算机的设计的目的,简化的微型计算机的组成部件,微型计算机的基本组成,微型计算机的基本功能,微机原理及应用,微型计算机的基本功能,“三能一快”即:能运算：(加、减、乘、除)能判别：（大、小、等于、伪、真）能决策：（根据判别来决定下一步的工作）这“三能”是建立在“快”的基础之上的,功能简单：只能做两个数的加减法 内存量小：只有一个16 x 8 PROM 字长短：二进制8位显示 手动输入：用拨钮开关输入程序和数据,硬件特点,微机原理及应用,借用这个最简单的模型来学习 计算机的各个基本电路和部件之间的信息流通过程 指令系统的意义 程序设计的步骤 控制部件的功能及其结构 控制矩阵产生控制字的过程等等以帮助同学领会计算机的基本工作原理。,简化的微型计算机的设计的目的,微机原理及应用,简化的微型计算机的组成部件,（1）程序计数器PC计数范围0000至1111。每次运行之前，先复位0000，取出一条指令后PC加1。（2）存储地址寄存器MAR接收来自PC的二进制程序号，作为地址码送至PROM去。,微机原理及应用,（3)可编程只读存储器PROMPROM和 ROM的不同点：PROM实际上同时具有RAM和ROM 的功能。,简化的微型计算机的组成部件,微机原理及应用,（4）指令寄存器I RIR从PROM 接收到指令字（当LI=1,EP=1），同时将指令字分送到控制部件CON和W总线上去。指令是8位的：,简化的微型计算机的组成部件,高 四 位 低 四 位指令字段 地址字段,微机原理及应用,（5）控制部件CON 每次运行之前，CON先发出CLR=1，使有关的部件清零。即：PC=0000；IR=0000 0000 CON有一个同步时钟，能发出脉冲CLK到各个部件去，使他们同步运行。在CON中有一个控制矩阵CM，能根据IR送来的指令发出12位 的控制字：CON=CPEPLMERL1E2LAEASU EU LB IO 根据控制字中各位的置1或置0 情况，计算机就能自动的按指令而有秩序的运行。,微机原理及应用,（6）累加器A用以存储计算机运行的中间结果。可接收w总线送来的数据（LA=1），也能将数据送到w总线上去(EA=1)。还有一个双态输出端(数据)，将数据送至ALU进行算术运算。此输出端不受E门的控制。,简化的微型计算机的组成部件,微机原理及应用,(7)算术逻辑部件ALU 为一个二进制补码加法器/减法器。当SU=0 ALU A+B 当SU=1 ALU A-B(8)寄存器B B到ALU的输出是双态的，即无E门控制。主要将要与A相加减的数据暂存于其中。,简化的微型计算机的组成部件,微机原理及应用,（9）输出寄存器O计算机运行结束时，累加器存有答案，如果输出此答案，就得送入O，此时EA=1，L0=1，则O=A。典型的计算机具有若干输出寄存器，称为输出接口电路，以驱动不同的外围设备（10）二进制显示器D显示器由发光二极管组成，每一个LED接到寄存器O的一位上去。当某位为高电平时，该位LED 发光。寄存器O的位数决定LED的个数,微机原理及应用,微型计算机的基本组成,中央处理器CPU（Central Processing Unit）是将程序计数功能PC，指令寄存器功能IR，控制功能CON，算术逻辑功能ALU，以及暂存中间数据的功能（A、B）集成在一块器件上的集成电路(IC)。实际应用中的CPU更为复杂，但主要功能基本一样。,。,微机原理及应用,微型计算机的基本组成,记忆装置 由存储地址寄存器和可编程存储器O组成本例微机的内存。实际上的内存要包括更多的内容和更大的存储容量。输入输出/是实行人机对话的重要部件。本例中输入是人工设定而没有输入电路只有输出接口。实际微机的输入设备多为键盘，输出则为监视器，因而必须由专用的输出接口电路。,微机原理及应用,第二节 简化的微型计算机指令系统的设计,指令系统定义：指令系统就是用来编制计算程序的一个指令集合。,指令程序和指令系统的作用计算机之所以能脱离人的直接干预，自动的进行计算，是由于人把实现这个计算机的一步步操作用命令的方式即一条条指令预先输入到存储器中，在执行时，计算机把这些指令一条条的取出来，加以翻译和执行。注意：在未编制出计算程序之前，计算机是堆无用的电路硬件。,微机原理及应用,我们所介绍的简化微机具有五条指令。即其控制部件能完成一系列例行程序以执行五种命令：把数据装入累加器：进行加法运算：进行减法运算：输出结果：停机这五条指令一起被称为这台计算机的指令系统，不同型号的微机器指令系统是不同的。,简化的微型计算机指令系统,微机原理及应用,；把9中的数据存入；把中的数据与的相加；把中的数据与的相加；把中的数据与的相加；把中的数据与的相减；输出中的数据，即结果(D)=(A)；停机，CLR停止发脉冲,例：编写程序完成 D=(R9)+(RA)+(RB)+(RC)-(RD),微机原理及应用,简化的微型计算机指令系统,小结：所有的这些取数、送数、相加、存数等都是一种操作，我们把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，这就是指令。一条指令对应着一种基本操作，计算机所能执行的全部指令就是计算机的指令系统，这是计算机所固有的。,微机原理及应用,第三节 简化计算机程序设计,一般情况下，微型计算机是不认识你所写的汇编程序，因此,即使给出程序清单，不能说程序已经设计完毕，我们还必须将指令清单中的每一条指令都翻译成二进制码即机器码。另外由于存储器中既要写入计算程序，也要存放参与运算的数据，我们还应进行存储空间分配。即程序设计应包括：、编制汇编语言写的程序；、助记符的翻译、存储器的分配。,微机原理及应用,程序的设计步骤,一、先需有一个操作码表这是由计算机厂家提供的翻译表，它是每一个助记符与二进制码相应的对照表。本机型中的五个助记符极其相应的操作码为：,微机原理及应用,二、存储器的分配本例微机中把总的个存储单元分配成两个区：程序存放区（指令区）和数据存放区（数据区）,程序的设计步骤,三、将源程序翻译成目的程序方法：根据助记符与二进制的对照表将每一条指令的助记符译成二进制码，并将存储单元符号写成地址码。,微机原理及应用,微机原理及应用,四、程序及数据的输入方法(1)指令区：一旦存入指令就不许再改（除非要计算的公式改变了）；(2)数据区：是可以随时存入要运算的数据。在第一次安排程序时，把程序和数据都存入。(3)方法：是将的每一个数据位的开头拨向置或置的位置即可。,程序的设计步骤,注意:程序设计好，并输入至之后就可以开始执行程序了，程序执行的第一步必须先使计算机复位，此时，控制器发出一个为高电位的脉冲，同时时钟脉冲开始工作，即发出脉冲电压系列到各个部件，每一个K脉冲都起到指挥各部件的同步运行作用。,微机原理及应用,环形计数器及机器节拍环形计数器的作用：环形计数器不是用来计数用的，而是用来发出顺序控制信号的。机器周期：执行一条指令的时间。它可分为取指周期和执行周期。,第四节 执行指节令的例行程序,微机原理及应用,指令周期示意图,T5 T4 T3 TT1 T0,T=,取指周期,执行周期,微机原理及应用,取指周期,地址节拍（T0=1）在T0=1时，应将PC的内容（第一个地址码）送到MAR（并通过MAR而达到PROM）。所以应有：EP=1 PC准备放出数据 LM=1 即MAR准备接收数据 因此控制部件应发出的控制字为：CON=CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO=0110 0000 0000,微机原理及应用,取指周期,存储节拍（T1=1）在T1=1时，应将PROM中由PC送来的地址码所指定的存储单元中的内容送到IR，同时IR立即将其高四位送至控制部件。ER=1，即PROM 准备放出数据LI=1，即IR准备接收数据,增量节拍（T2=1）T2=1时，PC加1，做好下一条指令的取指准备即 CP=1。注意：任何指令的取指周期是等长的，而执行周期则不一定等长。,微机原理及应用,下面我们以LDA 例行程序为例,考查在执行周期中各寄存器的内容变化。,执行周期,T3=1 在T3=1时，IR已将从PROM来的指令的高四位送至控制部件进行分析。EZ=1，将IR的低四位送至W总线。LM=1，MAR接收低四位数作为地址并立即送至PROM。所以 CON=0010 0100 0000 即第二次访问PROM。,微机原理及应用,T4=1 将PROM的数据区的存储单元（R9即1001）的内容送至累加器A，即：ER=1，PROM准备放出数据，LA=1，A准备接收数据。所以 CON=0001 0010 0000,T5=1 因为T4=1时已将数据存放入A中，所以LDA的例行程序就已完成，T5节拍变成空拍。所以CON=0000 0000 0000,注 意：加空拍是为了使每条机器指令的机器周期都一样长。时钟脉冲是经过反相器再接到环形计数器上的CLK端的所以各节拍之间的转换是在时钟脉冲的负边缘开始的。,微机原理及应用,控制部件是使计算机能够成为自动机的关键部件。,其它控制电路,控制矩阵（CM),指令译码器（ID）,环形计数器（RC）用以发出环形字，从而产生机器节拍。,控制器,控制部件,第五节 控制部件,微机原理及应用,一 指令译码器（ID）,0000代表LDA的控制动作 0001代表ADD的控制动作 0010代表SUB 的控制动作,注意：一个动作相当于一条控制线，要实现该动作就必须使该控制线为高电平，因此，这个由四位组成的编码必须被译成一个信号，即译为某一控制线为高电位，这就是译码的任务。,微机原理及应用,控制矩阵（CM）,CM是控制部件的核心，控制字为12位，每一个指令要执行六拍，每拍均由不同位为高电位。开机前总预先使CLR为高电平，即保证每一节拍都是从T0开始的。,微机原理及应用,例：以LDA R9为例分析简化的微型计算机各部件之间的协调工作。,总结一,微机原理及应用,总结二,以8086/8088的指令系统为例，分析一个简化的微型计算机系统的各部件之间协调工作。,例一：MOV AL，7;1011 0000;0000 0111 ADD AL，10;0000 0100;0000 1010,例二：MOV AL，17H;1010 0000;0001 0111 ADD AL，0AH;0000 0100;0000 1010,
