微机的基本组成电路.ppt

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1、第2章 微机的基本组成电路,任何一个复杂的电路系统都可以分解为一些相对简单的电路，或者说复杂电路系统可以由多个简单电路搭建而成。构成复杂电路系统的简单电路称为该复杂电路系统的组成电路模块或电路部件。本章将对构成微型计算机电路系统的一些基本的、典型的电路模块的原理与功能作一简单介绍，主要包括算术逻辑单元、触发器、寄存器、存储器及总线结构等，同时给出数据在这些电路部件之间的流通过程以及“控制字”的概念。2.1算术逻辑单元 算术逻辑单元(Arithmetic Logical Unit,简称ALU)，用于实现算术与逻辑运算，包括加、减、乘、除等算术运算和与、或、非、异或、同或等逻辑运算。其符号表示如下

2、：,其中，A、B为参与运算的两个输入数据，Control为控制信号，S为输出的运算结果。,四位ALU逻辑图,四位ALU功能表,四位ALU功能表续,第2章 微机的基本组成电路,2.2 触发器 触发器(Trigger)是构成寄存器和存储器的基本单元，是计算机的记忆细胞。2.2.1 RS触发器(1)电路结构：由两个交叉耦合的“与非”或“或非”门组成，2 个输出分别为 Q和/Q，两路输入分别为 R 和 S。如下图所示：,(2)功能描述：当S=1且R=0时，Q=1，/Q=0，称为置位，在S变为0后，Q和/Q将保持不变。当S=0且R=1时，Q=0，/Q=1，称为复位，在R变为0后，Q和/Q将保持不变。当S

3、=0且R=0时，保持原状态不变。当S=1且R=1时，状态不定。,(3)符号：见右图。(4)带时标的RS触发器（同步RS触发器),电路图见教材P19图2-4。,第2章 微机的基本组成电路,2.2.2 D触发器(1)电路结构：见右图：,(2)功能描述：当D=1时，Q=1、/Q=0，D=0时，Q=0、/Q=1。即Q=D,CLK,D,Q,Q,PR,CLR,CLK,D,Q,Q,PR,CLR,CLK,D,Q,Q,PR,CLR,(3)改进：加上同步时钟信号CLK、边沿触发、加上预置和清除端。符号如下：正边沿触发 负边沿触发 低电平预置和清除,2.2.3 JK触发器(1)电路结构：见下图。,第2章 微机的基本

4、组成电路,(2)功能描述：J K Q 动作 0 0 保持原状 自锁状态 0 1 0 复位 1 0 1 置位 1 1 原状态的反码 翻转,JK触发器的符号如下：,CLK,J,Q,Q,PR,CLR,K,2.3 寄存器寄存器（Register）是由触发器组成的一种存储装置。特点：用于暂存数据。不同于存储器，数量少，速度快。分类：缓冲寄存器（Buffer Register）：暂存数据。移位寄存器(Shift Register)：除存储功能外，还具有移位功能。计数器(Counter)：除存储功能外，还具有计数功能。累加器(Accumulator)：用于暂存ALU的计算结果。2.3.1 缓冲寄存器 由边沿

5、触发的D触发器组成。例如：,第2章 微机的基本组成电路,2.3.1 缓冲寄存器 可控缓冲寄存器：每个D触发器增加一个装入控制门LOAD，见下图。,第2章 微机的基本组成电路,2.3.2 移位寄存器(1)功能：将其所存储的数据进行移位操作。移位操作的类型：逻辑左移 逻辑移位 逻辑右移 移位操作 循环左移 循环右移 算术移位 算术左移 算术右移(2)电路结构：由D触发器串联在一起形成。例：4位左移寄存器电路图：,第2章 微机的基本组成电路,(3)可控移位寄存器：增加装入控制门LOAD等控制电路。,2.3.3 计数器(1)行波计数器（Travelling wave counter）,第2章 微机的基

6、本组成电路,计数规律：0000 0001 0010 0011 1110 1111 0000,(2)可控行波计数器:,(3)同步计数器（synchronous counter）解决行波计数器翻转速度慢的缺点,第2章 微机的基本组成电路,(4)环形计数器（ring counter）特点：只有1位为1，其它位为0，1在计数器中流动,计数规律：0001 0010 0100 1000 0001 0010 0100 1000,CLK,第2章 微机的基本组成电路,(5)程序计数器（Program Counter,简称PC）用于存储计算机下一条要执行的指令的地址，可以从0开始计数(每次加1或加一个固定的数)，

7、以支持程序的顺序执行；也可以将外部数据装入其中，以支持程序跳转操作。,2.3.4 累加器（Accumulator)用于暂存ALU的运算结果,能装入及输出数据、左移、右移。见右图。,第2章 微机的基本组成电路,2.4 三态输出电路三态门是构成总线部件不可缺少的电路元件，其作用是可以使多个输入、输出信号共享一条信号传输线，从而达到节省线路的目的。(1)三态输出电路：见右图。,(2)工作原理：E A B 0 0 高阻 0 1 高阻 1 0 0 1 1 1即：E=0时，A、B之间断开，E=1时，A、B之间导通。三态门符号见右下图。注意：用两个三态门可以构成双向三态输出电路，见教材P29。三态门简称E门

8、，装入门简称L门。,三态指0、1以及高阻态,第2章 微机的基本组成电路,2.5 总线结构(1)总线结构原理图：,第2章 微机的基本组成电路,2.5 总线结构(2)控制字：将各个寄存器的装入控制门(L门)和三态门(E门)的控制信号排成一列，称为控制字CON。如上图，其控制字为：CON=LAEALBEBLCECLDED控制字的作用：控制字用于多个寄存器中任意两个寄存器之间利用公共总线进行信息传输。为了保证信息传输的正确性，控制字的取值必须符合一定的规则。如在某一时钟节拍内，只能有一个寄存器的E门打开，否则就会产生冲突。例：控制字CON 信息流通 LA EA LB EB LC EC LD ED 1

9、0 0 1 0 0 0 0 数据由B A 0 1 1 0 0 0 0 0 数据由A B 0 1 0 0 1 0 0 0 数据由A C 0 1 0 0 0 0 1 0 数据由A D 0 0 1 0 0 0 0 1 数据由D B 1 0 0 0 0 1 0 0 数据由C A控制字将由控制器发出并送到各个寄存器上去。,第2章 微机的基本组成电路,2.6 存储器(Memory)(1)基本概念：存储器是计算机中用于存储程序和数据的装置。存储器由许多存储单元组成，每个存储单元所存储的内容称为一个字(word)，一个字由若干位(bit)构成，8个bit称为一个字节(byte)。为了能够准确地访问到所需要的存

10、储单元，必须为每个存储单元分配一个地址(address,相当于门牌号码)。地址是二进制代码，n位地址码可以表示2n个地址，即n根地址线可以译出2n个地址号。m个存储单元、每个存储单元n位的存储器通常表示为mn的存储器。例如：168存储器表示有16个存储单元，每个存储单元8位，它有4条地址线，8条数据线。,第2章 微机的基本组成电路,2.6 存储器(Memory)(2)存储器的结构:单个寄存器接到总线示意图:,第2章 微机的基本组成电路,2.6 存储器(Memory)(2)存储器的结构:寄存器组接到总线示意图。问题：控制线太多，如何改进？,第2章 微机的基本组成电路,2.6 存储器(Memory

11、)(2)存储器的结构:改进1：将L,E改为W/R和CS，改进2：采用译码器，在任一时刻只选中一个寄存器。,第2章 微机的基本组成电路,2.6 存储器(Memory)(2)存储器的结构:问题：译码器的输出线太多，怎么办？改进3：采用行列译码，使用存储矩阵！这样，行线、列线数目明显减少，在交叉点处放置存储单元。,第2章 微机的基本组成电路,2.6 存储器(Memory)(2)存储器的结构:存储器的外框图：,第2章 微机的基本组成电路,2.6 存储器(Memory)(3)存储器的分类:,半导体存储器,(Simiconductor Memory),只读存储器ROM（Read Only Memory),随机存取存储器RAM(Random Access Memory),掩膜ROM可编程ROM(一次性)光擦可编程EPROM电擦可编程EEPROM,双极型RAMMOS型RAM,静态(Static)动态(Dynamic),第2章 微机的基本组成电路,2.6 存储器(Memory)(4)存储器与总线的连接:MAR、MDR的作用：缓存地址和数据。,