微機的基本組成電路20100916學(xué)習(xí)教案

1、微機的基本微機的基本(jbn)組成電路組成電路20100916第一頁，共24頁。四位(s wi)ALU邏輯圖 第1頁/共24頁第二頁，共24頁。四位(s wi)ALU功能表S3S2S1S0正正 邏邏 輯輯M=H邏輯運算邏輯運算M=L 算術(shù)運算算術(shù)運算Cn=1Cn=0LLLLAAA加加1LLLHA+BA+B(A+B)加加1LLHLABA+B(A+B)加加1LLHH“0”減減1“0”LHLLABA加加(AB)A加加(AB)加加1LHLHB(AB)加加(A+B)(AB)加加(A+B)加加1LHHLABA減減B減減1A減減BLHHHAB(AB)減減1A 第2頁/共24頁第三頁，共24頁。四位(s wi

2、)ALU功能表續(xù)S3S2S1S0正正 邏邏 輯輯M=H邏輯運算邏輯運算M=L 算術(shù)運算算術(shù)運算 Cn=1Cn=0HLLLA+BA加加(AB)A加加(AB)加加1HLLHA BA加加BA加加B加加1HLHLB(AB)加加(A+B)(AB)加加(A+B)加加1HLHHAB(AB)減減1ABHHLL“1”A加加AA加加A加加1HHLHA+BA加加(A+B)A加加(A+B)加加1HHHLA+BA加加(A+B)A加加(A+B)加加1HHHHAA減減1A 第3頁/共24頁第四頁，共24頁。第2章 微機(wi j)的基本組成電路2.2 觸發(fā)器 觸發(fā)器(Trigger)是構(gòu)成寄存器和存儲器的基本單元，是計算機

3、的記憶細胞。2.2.1 RS觸發(fā)器(1)電路結(jié)構(gòu)：由兩個交叉耦合的 “與非”或“或非”門組成，2 個輸出分別為 Q和 /Q，兩路輸入(shr)分別為 R 和 S。如下圖所示：(2)功能(gngnng)描述：當(dāng)S=1且R=0時，Q=1，/Q=0，稱為置位，在S變?yōu)?后，Q和/Q將保持不變。當(dāng)S=0且R=1時，Q=0，/Q=1，稱為復(fù)位，在R變?yōu)?后，Q和/Q將保持不變。當(dāng)S=0且R=0時，保持原狀態(tài)不變。當(dāng)S=1且R=1時，狀態(tài)不定。(3)符號：見右圖。(4)帶時標的RS觸發(fā)器（同步RS觸發(fā)器),電路圖見教材P19圖2-4。sRsRQ/Q第4頁/共24頁第五頁，共24頁。第2章 微機的基本(jb

4、n)組成電路2.2.2 D觸發(fā)器(1)電路(dinl)結(jié)構(gòu)：見右圖：(2)功能(gngnng)描述： 當(dāng)D=1時，Q=1、/Q=0， D=0時，Q=0、/Q=1。 即Q=DCLKDQQPRCLRCLKDQQPRCLRCLKDQQPRCLR(3)改進：加上同步時鐘信號CLK、邊沿觸發(fā)、加上預(yù)置和清除端。符號如下： 正邊沿觸發(fā) 負邊沿觸發(fā) 低電平預(yù)置和清除第5頁/共24頁第六頁，共24頁。2.2.3 JK觸發(fā)器(1)電路(dinl)結(jié)構(gòu)：見下圖。第2章 微機的基本(jbn)組成電路(2)功能(gngnng)描述：J K Q 動作 0 0 保持原狀 自鎖狀態(tài) 0 1 0 復(fù)位 1 0 1 置位 1

5、1 原狀態(tài)的反碼 翻轉(zhuǎn)JK觸發(fā)器的符號如下：CLKJQQPRCLRK第6頁/共24頁第七頁，共24頁。2.3 寄存器寄存器（Register）是由觸發(fā)器組成的一種存儲裝置。特點：用于暫存數(shù)據(jù)(shj)。不同于存儲器，數(shù)量少，速度快。分類：緩沖寄存器（Buffer Register）：暫存數(shù)據(jù)(shj)。移位寄存器(Shift Register)：除存儲功能外，還具有移位功能。計數(shù)器(Counter)：除存儲功能外，還具有計數(shù)功能。累加器(Accumulator)：用于暫存ALU的計算結(jié)果。2.3.1 緩沖寄存器 由邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器組成。例如： 第2章 微機的基本(jbn)組成電路X0Y0D0

6、Q0X1Y1D1Q1X2Y2D2Q2X3Y3D3Q3CLKCLR第7頁/共24頁第八頁，共24頁。2.3.1 緩沖寄存器 可控緩沖寄存器：每個D觸發(fā)器增加一個(y )裝入控制門LOAD，見下圖。 Y0CLKCLRX0D0Q0X1D0Q0X2D0Q0X3D0Q0Y1Y2Y3LOAD1&1&1&1&裝入控制門第2章 微機的基本(jbn)組成電路第8頁/共24頁第九頁，共24頁。2.3.2 移位寄存器(1)功能(gngnng)：將其所存儲的數(shù)據(jù)進行移位操作。移位操作的類型： 邏輯左移 邏輯移位 邏輯右移 移位操作 循環(huán)左移 循環(huán)右移 算術(shù)移位 算術(shù)左移 算術(shù)右移(2)

7、電路結(jié)構(gòu)：由D觸發(fā)器串聯(lián)在一起形成。例：4位左移寄存器電路圖：第2章 微機的基本(jbn)組成電路DinD0Q0D1Q1D2Q2D3Q3CLKCLR(3)可控移位寄存器：增加(zngji)裝入控制門LOAD等控制電路。第9頁/共24頁第十頁，共24頁。2.3.3 計數(shù)器(1)行波計數(shù)器（Travelling wave counter）第2章 微機的基本組成(z chn)電路計數(shù)(j sh)規(guī)律：0000 0001 0010 0011 1110 1111 0000(2)可控行波計數(shù)器:第10頁/共24頁第十一頁，共24頁。(3)同步計數(shù)器（synchronous counter） 解決(jiju

8、)行波計數(shù)器翻轉(zhuǎn)速度慢的缺點第2章 微機(wi j)的基本組成電路(4)環(huán)形(hun xn)計數(shù)器（ring counter） 特點：只有1位為1，其它位為0，1在計數(shù)器中流動計數(shù)規(guī)律：0001 0010 0100 1000 0001 0010 0100 1000 CLK第11頁/共24頁第十二頁，共24頁。第2章 微機的基本(jbn)組成電路(5)程序計數(shù)器（Program Counter,簡稱PC）用于存儲計算機下一條要執(zhí)行的指令的地址，可以從0開始計數(shù)(每次加1或加一個固定的數(shù))，以支持程序的順序(shnx)執(zhí)行；也可以將外部數(shù)據(jù)裝入其中，以支持程序跳轉(zhuǎn)操作。2.3.4 累加器（Accu

9、mulator)用于暫存ALU的運算結(jié)果,能裝入及輸出(shch)數(shù)據(jù)、左移、右移。見右圖。第12頁/共24頁第十三頁，共24頁。第2章 微機的基本組成(z chn)電路2.4 三態(tài)輸出電路(dinl)三態(tài)門是構(gòu)成總線部件不可缺少的電路(dinl)元件，其作用是可以使多個輸入、輸出信號共享一條信號傳輸線，從而達到節(jié)省線路的目的。(1)三態(tài)輸出電路(dinl)：見右圖。(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時，A、B之間斷開(dun ki)， E=1時，A、B之間導(dǎo)通。三態(tài)門符號見右下圖。注意：用兩個三態(tài)門可以構(gòu)成雙向三態(tài)輸出電路，見教材P29

10、。三態(tài)門簡稱E門，裝入門簡稱L門。三態(tài)指0、1以及高阻態(tài)第13頁/共24頁第十四頁，共24頁。第2章 微機(wi j)的基本組成電路2.5 總線結(jié)構(gòu)(1)總線結(jié)構(gòu)原理圖：CDABCLKCLKCLKCLKLAEALBEBLCECLDEDW3W2W1W0第14頁/共24頁第十五頁，共24頁。第2章 微機的基本(jbn)組成電路2.5 總線結(jié)構(gòu)(2)控制字：將各個寄存器的裝入控制門(L門)和三態(tài)門(E門)的控制信號排成一列，稱為控制字CON。如上圖，其控制字為： CON=LAEALBEBLCECLDED控制字的作用：控制字用于多個寄存器中任意兩個寄存器之間利用公共總線進行信息(xnx)傳輸。為了保證

11、信息(xnx)傳輸?shù)恼_性，控制字的取值必須符合一定的規(guī)則。如在某一時鐘節(jié)拍內(nèi)，只能有一個寄存器的E門打開，否則就會產(chǎn)生沖突。例： 控制字CON 信息(xnx)流通 LA EA LB EB LC EC LD ED 1 0 0 1 0 0 0 0 數(shù)據(jù)由B A 0 1 1 0 0 0 0 0 數(shù)據(jù)由A B 0 1 0 0 1 0 0 0 數(shù)據(jù)由A C 0 1 0 0 0 0 1 0 數(shù)據(jù)由A D 0 0 1 0 0 0 0 1 數(shù)據(jù)由D B 1 0 0 0 0 1 0 0 數(shù)據(jù)由C A控制字將由控制器發(fā)出并送到各個寄存器上去。第15頁/共24頁第十六頁，共24頁。第2章 微機的基本組成(z ch

12、n)電路2.6 存儲器(Memory)(1)基本概念：存儲器是計算機中用于存儲程序和數(shù)據(jù)的裝置。存儲器由許多存儲單元組成，每個存儲單元所存儲的內(nèi)容稱為一個字(word)，一個字由若干位(bit)構(gòu)成，8個bit稱為一個字節(jié)(byte)。為了能夠準確地訪問到所需要的存儲單元，必須為每個存儲單元分配一個地址(dzh)(address,相當(dāng)于門牌號碼)。地址(dzh)是二進制代碼，n位地址(dzh)碼可以表示2n個地址(dzh)，即n根地址(dzh)線可以譯出2n個地址(dzh)號。m個存儲單元、每個存儲單元n位的存儲器通常表示為mn的存儲器。例如：168存儲器表示有16個存儲單元，每個存儲單元8位

13、，它有4條地址(dzh)線，8條數(shù)據(jù)線。第16頁/共24頁第十七頁，共24頁。第2章 微機的基本組成(z chn)電路2.6 存儲器(Memory)(2)存儲器的結(jié)構(gòu)(jigu):單個寄存器接到總線示意圖:第17頁/共24頁第十八頁，共24頁。第2章 微機的基本(jbn)組成電路2.6 存儲器(Memory)(2)存儲器的結(jié)構(gòu):寄存器組接到總線(zn xin)示意圖。問題：控制線太多，如何改進？第18頁/共24頁第十九頁，共24頁。第2章 微機的基本組成(z chn)電路2.6 存儲器(Memory)(2)存儲器的結(jié)構(gòu)(jigu): 改進1：將L,E改為W/R和CS，改進2：采用譯碼器，在任一

14、時刻只選中一個寄存器。第19頁/共24頁第二十頁，共24頁。第2章 微機(wi j)的基本組成電路2.6 存儲器(Memory)(2)存儲器的結(jié)構(gòu): 問題：譯碼器的輸出(shch)線太多，怎么辦？改進3：采用行列譯碼，使用存儲矩陣！這樣，行線、列線數(shù)目明顯減少，在交叉點處放置存儲單元。第20頁/共24頁第二十一頁，共24頁。第2章 微機的基本(jbn)組成電路2.6 存儲器(Memory)(2)存儲器的結(jié)構(gòu)(jigu): 存儲器的外框圖：第21頁/共24頁第二十二頁，共24頁。第2章 微機(wi j)的基本組成電路2.6 存儲器(Memory)(3)存儲器的分類(fn li):半導(dǎo)體存儲器(Simiconductor Memory)只讀存儲器ROM（Read Only Memor