微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路培訓(xùn)教材

第2章微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路2024/12/141微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)本章教學(xué)目的通過(guò)回顧計(jì)算機(jī)基本組成電路，引出微機(jī)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(chǔ)器和總線結(jié)構(gòu)等，使學(xué)生理解數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與流通的原理。2024/12/142微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)本章學(xué)習(xí)要求1.掌握算術(shù)邏輯單元、觸發(fā)器、寄存器、存儲(chǔ)器、總線結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的類型及性能指標(biāo)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM的結(jié)構(gòu)原理(SRAM,DRAM)，只讀存儲(chǔ)器ROM的結(jié)構(gòu)原理（PROM,EPROM,EPROM）。

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

3.了解ASCII碼及數(shù)字和大寫(xiě)字母A~Z的ASCII碼表述2024/12/143微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)本章主要外語(yǔ)詞匯ALU：ArithmeticLogicalUnit，算數(shù)邏輯部件Register：寄存器Memory：存儲(chǔ)器RAM：RandomAccessMemory,隨機(jī)存儲(chǔ)器ROM：ReadOnlyMemory，只讀存儲(chǔ)器MDR：MemoryDataRegister，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器MAR：MemoryAddressRegister，存儲(chǔ)器地址寄存器2024/12/144微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)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(chǔ)器2024/12/145微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.1算術(shù)邏輯部件ALU主要功能符號(hào)2024/12/146微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.2觸發(fā)器觸發(fā)器(trigger)是計(jì)算機(jī)的記憶裝置的基本單元，也可說(shuō)是記憶細(xì)胞。觸發(fā)器可以組成寄存器，寄存器又可以組成存儲(chǔ)器。寄存器和存儲(chǔ)器統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)的記憶裝置。微型計(jì)算機(jī)所用觸發(fā)器一般用晶體管元件而不用磁性元件。這是因?yàn)榫w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(jiǎn)要介紹RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器2024/12/147微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)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(fù)位端，使Q=0(Q=1)2024/12/148微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)圖2.3RS觸發(fā)器的符號(hào)2024/12/149微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)時(shí)標(biāo)RS觸發(fā)器——為了使觸發(fā)器在整個(gè)機(jī)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(shí)標(biāo)脈沖。CLK為時(shí)標(biāo)脈沖。無(wú)論是置位還是復(fù)位，都必須在時(shí)標(biāo)脈沖端為高電位時(shí)才能進(jìn)行。2024/12/1410微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.2.2D觸發(fā)器RS觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端S和R。為了存儲(chǔ)一個(gè)高電位，就需要一個(gè)高電位輸入的S端；為了存儲(chǔ)一個(gè)低電位，就需要另一個(gè)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(lái)的，它只需一個(gè)輸入端口。復(fù)位置位2024/12/1411微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)時(shí)標(biāo)D觸發(fā)器時(shí)標(biāo)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(shí)序電路動(dòng)作一致性。2024/12/1412微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)邊緣觸發(fā)的D觸發(fā)器為了使計(jì)算機(jī)的動(dòng)作整齊劃一，總是想由時(shí)標(biāo)CLK來(lái)指揮整個(gè)機(jī)器的行動(dòng)，采用時(shí)標(biāo)邊緣觸發(fā)的方式就可以得到準(zhǔn)確劃一的動(dòng)作。2024/12/1413微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)在一些電路中，有時(shí)需要預(yù)先給某個(gè)觸發(fā)器置位(即置1)或清除(即置0)，而與時(shí)標(biāo)脈沖以及D輸入端信號(hào)無(wú)關(guān)，這就是所謂預(yù)置和清除。觸發(fā)器的預(yù)置和清除2024/12/1414微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.2.3JK觸發(fā)器在RS觸發(fā)器前面增加兩個(gè)與門(mén)，并從輸出(Q和Q)到輸入(與門(mén)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(jì)數(shù)器的理想記憶元件。2024/12/1415微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)JK觸發(fā)器的動(dòng)作狀態(tài)2024/12/1416微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)JK觸發(fā)器的工作過(guò)程(1)當(dāng)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(fù)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)2024/12/1417微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)JK觸發(fā)器的符號(hào)2024/12/1418微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.3寄存器寄存器(register)是由觸發(fā)器組成的。一個(gè)觸發(fā)器就是一個(gè)一位寄存器。由多個(gè)觸發(fā)器可以組成一個(gè)多位寄存器。計(jì)數(shù)器——一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)，會(huì)按二進(jìn)制數(shù)的規(guī)律累計(jì)脈沖數(shù)；

常見(jiàn)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(jì)算的中間結(jié)果。2024/12/1419微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.3.1緩沖寄存器普通寄存器是寄存平時(shí)處理的數(shù)據(jù)用的，可以加快計(jì)算機(jī)的處理問(wèn)題的速度；而緩沖寄存器是用于兩個(gè)速度不匹配的單位之間的，作用是對(duì)高速度設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖，防止低速度設(shè)備來(lái)不及處理而丟失數(shù)據(jù)。緩沖最常見(jiàn)的地方就是網(wǎng)絡(luò)了，你聽(tīng)音樂(lè)，特別是看在線視頻，就需要緩沖。

2024/12/1420微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.3.1緩沖寄存器

其基本工作原理為：設(shè)有一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，共有4位數(shù)：X=X3X2X1X0要存到這個(gè)緩沖寄存器(buffer)中去，此寄存器是由4個(gè)D觸發(fā)器組成的。將數(shù)據(jù)X裝到寄存器中去的過(guò)程2024/12/1421微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)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(shí)標(biāo)節(jié)拍一到，就會(huì)立即送到Q去。有時(shí)想讓其中的數(shù)據(jù)多留一些時(shí)間，但由于不可控之故，在CLK正前沿一到就會(huì)立即被來(lái)到門(mén)口的數(shù)據(jù)X替代掉。可控緩沖寄存器帶寄存器的裝入門(mén)LOAD的緩沖寄存器2024/12/1422微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)

在X0端送入數(shù)據(jù)(0或1)后，如LOAD端(以下簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)端)為低電位，則右邊的與門(mén)被阻塞，X0過(guò)不去，而原來(lái)已存在此位中的數(shù)據(jù)由Q0送至左邊的與門(mén)。此與門(mén)的另一端輸入從非門(mén)引來(lái)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(guò)左邊的與門(mén)，再經(jīng)或門(mén)而送達(dá)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(huì)丟失。LOAD門(mén)工作原理：如L端為高電位，則左邊與門(mén)被阻塞而右邊與門(mén)可讓X0通過(guò)，這樣Q0的既存數(shù)據(jù)不再受到自鎖，而X0可以到達(dá)D0端。只要CLK的正前沿一到達(dá)，X0即被送到Q0去，這時(shí)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(mén)，X0就能自鎖而穩(wěn)定地存在Q0中。2024/12/1423微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)上面的門(mén)電路稱作“L門(mén)”：高電平時(shí)使數(shù)據(jù)裝入，低電平時(shí)數(shù)據(jù)自鎖在其中。對(duì)于多位的寄存器，每位各加一套L門(mén)電路。2024/12/1424微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)可控緩沖寄存器的符號(hào)2024/12/1425微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)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(dòng)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2024/12/1426微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)總線驅(qū)動(dòng)器通常說(shuō)計(jì)算機(jī)有地址、數(shù)據(jù)、控制三總線，由于總線上需要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載多，CPU是大規(guī)模集成電路，不具備功率驅(qū)動(dòng)能力，總線驅(qū)動(dòng)器的作用就是提供功率驅(qū)動(dòng)，第二個(gè)原因是，CPU總線常常是分時(shí)復(fù)用總線，就是說(shuō)在不同的時(shí)段，管腳上出現(xiàn)的信號(hào)功能不同，需要鎖存器存儲(chǔ)并分離信號(hào)，總線驅(qū)動(dòng)器起鎖存器的作用2024/12/1427微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)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(dǎo)通

T＝1A→BT＝0A←BOE*＝1，不導(dǎo)通2024/12/1428微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.3.2移位寄存器移位寄存器(shiftingregister)能將其所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)逐位向左或向右移動(dòng)，以達(dá)到計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中所需的功能，例如用來(lái)判斷最左邊的位是0或1等。電路原理圖如圖2.16所示。2024/12/1429微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)圖2.16移位寄存器簡(jiǎn)化原理2024/12/1430微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)CLK前沿未到Q=Q3Q2Q1Q0=0000左移寄存器的左移過(guò)程：第1前沿來(lái)到Q=0001第2前沿來(lái)到Q=0011第3前沿來(lái)到Q=0111第4前沿來(lái)到Q=1111第5前沿來(lái)到，如此時(shí)Din仍為1，則Q不變，仍為1111。當(dāng)Q=1111之后，改變Din，使Din=0，如何變化？2024/12/1431微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)和緩沖寄存器一樣，在整機(jī)運(yùn)行中，移位寄存器也需要另有控制電路，以保證其在適當(dāng)時(shí)機(jī)才參與協(xié)調(diào)工作。這個(gè)電路和圖2.13一樣，只要在每一位電路上增加一個(gè)LOAD門(mén)(L門(mén))即可達(dá)到控制的目的。可控移位寄存器SHL——左移(shifttotheleft)SHR——右移(shifttotheright)2024/12/1432微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.3.3計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(counter)是由若干個(gè)觸發(fā)器組成的寄存器，計(jì)數(shù)器也是一種寄存器行波計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器環(huán)形計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器特點(diǎn)：能夠把存儲(chǔ)在其中的數(shù)字加1。主要計(jì)數(shù)器有：2024/12/1433微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)行波計(jì)數(shù)器1第1個(gè)時(shí)鐘脈沖促使其最低有效位(leastsignificantbit,LSB)加1，由0變1。第2個(gè)時(shí)鐘脈沖促使最低有效位由1變0，同時(shí)推動(dòng)第2位，使其由0變1。同理，第2位由1變0時(shí)又去推動(dòng)第3位，使其由0變1，這樣有如水波前進(jìn)一樣逐位進(jìn)位下去。工作原理2024/12/1434微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)行波計(jì)數(shù)器2例：下圖采用JK觸發(fā)器組成行波計(jì)數(shù)器工作原理

初值Q=Q3Q2Q1Q0=0000第1時(shí)鐘后沿到Q=0001第2時(shí)鐘后沿到Q=0010第3時(shí)鐘后沿到Q=0011第4時(shí)鐘后沿到Q=0100…………第15時(shí)鐘后沿到Q=1111第16時(shí)鐘后沿到Q=0000102024/12/1435微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)行波計(jì)數(shù)器3圖2.19可控計(jì)數(shù)器原理可控計(jì)數(shù)器增加計(jì)數(shù)控制端COUNT當(dāng)COUNT為高電位時(shí)，JK觸發(fā)器才可能翻轉(zhuǎn)；當(dāng)COUNT為低電位時(shí)就不可能翻轉(zhuǎn)。2024/12/1436微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)環(huán)形計(jì)數(shù)器一般用于發(fā)出順序控制信號(hào)，在計(jì)算機(jī)控制器中是一個(gè)很重要的部件圖2.21環(huán)形計(jì)數(shù)器的電路原理環(huán)形計(jì)數(shù)器只有一個(gè)高電位，其它位都為02024/12/1437微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)環(huán)形計(jì)數(shù)器2當(dāng)CLR端有高電位輸入時(shí)，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(kāi)始時(shí)，Q3Q2Q1Q0=0001第一個(gè)時(shí)鐘脈沖正邊緣來(lái)到時(shí)，Q3Q2Q1Q0=0010第2個(gè)時(shí)鐘脈沖前沿來(lái)到時(shí)，Q3Q2Q1Q0=0100第3個(gè)時(shí)鐘脈沖前沿來(lái)到時(shí)，Q3Q2Q1Q0=10002024/12/1438微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)圖2.22環(huán)形計(jì)數(shù)器的符號(hào)2024/12/1439微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)程序計(jì)數(shù)器可以從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，也可以將外來(lái)的數(shù)裝入其中，需要COUNT輸入端和LOAD門(mén)圖2.23程序計(jì)數(shù)器是一種行波計(jì)數(shù)器2024/12/1440微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.3.4累加器累加器除了能裝入及輸出數(shù)據(jù)外，還能使存儲(chǔ)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(hào)累加器也是一個(gè)由多個(gè)觸發(fā)器組成的多位寄存器，作為ALU運(yùn)算過(guò)程的代數(shù)和的臨時(shí)存儲(chǔ)處。在微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理中擔(dān)負(fù)著重要的任務(wù)。2024/12/1441微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.4三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路可以由兩個(gè)或非門(mén)和兩個(gè)NMOS晶體管(T1，T2)及一個(gè)非門(mén)組成三態(tài)輸出電路，又稱三態(tài)門(mén)三態(tài)門(mén)具有單向?qū)ê腿龖B(tài)的特性為了使一條信號(hào)傳輸線能與多個(gè)觸發(fā)器接通2024/12/1442微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)MOS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(dǎo)體層PN結(jié)2024/12/1443微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)以N溝道增強(qiáng)型為例：當(dāng)加+VDS時(shí)，VGS=0時(shí)，D-S間是兩個(gè)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(dǎo)電溝道（N型層）開(kāi)啟電壓MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理2024/12/1444微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)三態(tài)輸出電路2工作原理當(dāng)ENABLE(選通端)為高電位時(shí)，兩個(gè)或非門(mén)的輸出狀態(tài)將由于A端的電位來(lái)決定。這就是說(shuō)，在選通端(E端)為低電位時(shí)，A端和B端是不相通的，即它們之間存在著高阻狀態(tài)。當(dāng)選通端E為低電位時(shí)，通過(guò)非門(mén)加至兩個(gè)或非門(mén)的將為高電位。此時(shí)，無(wú)論A為高或低電位，兩個(gè)或非門(mén)的輸出都是低電位，即G1與G2都是低電位。所以T1和T2同時(shí)都是截止?fàn)顟B(tài)。2024/12/1445微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)三態(tài)輸出電路4對(duì)于本例中的三態(tài)門(mén)可以用下面兩句概括：E為低平時(shí)：輸出為高阻抗（三態(tài)）E為高電平時(shí)：輸出等于輸入其他幾種三態(tài)門(mén)的表示2024/12/1446微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)三態(tài)輸出電路5A為某個(gè)電路裝置的輸出端，C為其輸入端。當(dāng)EOUT=1時(shí)，B=A，即信息由左向右傳輸；EIN=1時(shí)，C=B，即信息由右向左傳輸。雙向三態(tài)輸出由兩個(gè)單向三態(tài)輸出電路來(lái)組成2024/12/1447微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)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(dǎo)通

DIR＝1A→BDIR＝0A←BE*＝1，不導(dǎo)通2024/12/1448微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)74ls245

74LS245是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng)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(dāng)8051單片機(jī)的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò)P0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS245等總線驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)片選端/CE低電平有效時(shí):DIR=“0”，信號(hào)由B向A傳輸;（接收）DIR=“1”，信號(hào)由A向B傳輸；（發(fā)送）當(dāng)CE為高電平時(shí)，A、B均為高阻態(tài)。

2024/12/1449微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)三態(tài)門(mén)(E門(mén))和裝入門(mén)(L門(mén))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，L門(mén)負(fù)責(zé)對(duì)寄存器的裝入數(shù)據(jù)的控制，而E門(mén)負(fù)責(zé)對(duì)寄存器輸出數(shù)據(jù)的控制。有了L門(mén)和E門(mén)就可以利用總線結(jié)構(gòu)，使計(jì)算機(jī)的信息傳遞的線路簡(jiǎn)單化，控制器的設(shè)計(jì)也更為合理而易于理解了。2024/12/1450微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.5總線結(jié)構(gòu)總線是將信息以一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線。通俗的說(shuō)，就是多個(gè)部件間的公共連線，用于在各個(gè)部件之間傳輸信息。人們常常以MHz表示的速度來(lái)描述總線頻率。

2024/12/1451微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)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(hào)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(shí)鐘頻率、總線寬度、總線傳輸速率2024/12/1452微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)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(gè)寄存器，數(shù)據(jù)位數(shù)為4位控制字將各個(gè)寄存器的L門(mén)和E門(mén)按次序排成一列，則可稱其為控制字CON：CON=LAEALBEBLCECLDED2024/12/1453微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)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(gè)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2024/12/1454微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.6譯碼器在計(jì)算機(jī)中常常需要將一種代碼翻譯成控制信號(hào)，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。2024/12/1455微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2024/12/1456微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.6存儲(chǔ)器主要內(nèi)容：存儲(chǔ)器的概念、分類和要素只讀存儲(chǔ)器（ROM）隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（RAM）CPU與存儲(chǔ)器的連接及存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

2024/12/1457微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)存儲(chǔ)器就是用來(lái)存儲(chǔ)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(chǔ)器分為兩大類：內(nèi)存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱內(nèi)存，又稱主存儲(chǔ)器）和外存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器的容量越大，記憶的信息也就越多，計(jì)算機(jī)的功能也就越強(qiáng)。存儲(chǔ)器(memory)是計(jì)算機(jī)的主要組成部分。它既可用來(lái)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，可以看做一個(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。2024/12/1458微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)存儲(chǔ)器的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖2024/12/1459微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)地址寄存地址譯碼存儲(chǔ)體控制電路AB數(shù)據(jù)寄存讀寫(xiě)電路DBOEWECS①存儲(chǔ)體存儲(chǔ)器芯片的主要部分，用來(lái)存儲(chǔ)信息②地址譯碼電路根據(jù)輸入的地址編碼來(lái)選中芯片內(nèi)某個(gè)特定的存儲(chǔ)單元③片選和讀寫(xiě)控制邏輯選中存儲(chǔ)芯片，控制讀寫(xiě)操作2024/12/1460微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)①存儲(chǔ)體每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)唯一的地址，可存儲(chǔ)1位（位片結(jié)構(gòu)）或多位（字片結(jié)構(gòu)）二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量與地址、數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)有關(guān)：芯片的存儲(chǔ)容量＝2M×N＝存儲(chǔ)單元數(shù)×存儲(chǔ)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)2024/12/1461微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)②地址譯碼電路譯碼器A5A4A3A2A1A06301存儲(chǔ)單元64個(gè)單元行譯碼A2A1A0710列譯碼A3A4A501764個(gè)單元單譯碼雙譯碼2024/12/1462微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)③片選和讀寫(xiě)控制邏輯片選端CS或CE有效時(shí)，可以對(duì)該芯片進(jìn)行讀寫(xiě)操作輸出OE控制讀操作。有效時(shí)，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線寫(xiě)WE控制寫(xiě)操作。有效時(shí)，數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片中該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的寫(xiě)控制線2024/12/1463微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)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(jī)存取存儲(chǔ)器RAM：可讀可寫(xiě)、斷電丟失只讀存儲(chǔ)器ROM：正常只讀、斷電不丟失2024/12/1464微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2．ROM的種類：1）掩膜ROM；2）可編程的只讀存儲(chǔ)器PROM；3）可擦除的EPROM；4）電擦除的PROM；5）快速擦寫(xiě)存儲(chǔ)器FlashMemory又稱快閃存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)RAM兩種。2024/12/1465微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（ROM）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）靜態(tài)RAM（SRAM）動(dòng)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）2024/12/1466微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)選擇存儲(chǔ)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(jià)格（7）可靠性2024/12/1467微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)存儲(chǔ)器舉例例，右圖是一個(gè)16×8的存儲(chǔ)器，有16個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元為8位記憶字(即每單元保存一個(gè)字節(jié))的集成電路芯片該存儲(chǔ)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。2024/12/1468微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)A0～A3就是地址總線中的4根譯碼線。當(dāng)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元愈多，則地址總線中的譯碼線，亦即存儲(chǔ)器集成電路片的地址線愈多。在一般微型計(jì)算機(jī)中，地址線大都為16條。16條地址線，可譯出64K個(gè)地址。在286／386／486中采用20條地址線。當(dāng)?shù)刂肪€為10條時(shí)，n=10，則可編地址號(hào)為1,024個(gè)，或稱為1K字節(jié)。這里的1K和習(xí)慣為1000不一樣，請(qǐng)務(wù)必注意。2024/12/1469微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.6.1只讀存儲(chǔ)器在一般工作狀態(tài)下，ROM中的信息只能讀出，不能寫(xiě)入。對(duì)可編程的ROM芯片，可用特殊方法將信息寫(xiě)入，該過(guò)程被稱為“編程”。對(duì)可擦除的ROM芯片，可采用特殊方法將原來(lái)信息擦除，以便再次編程。只讀存儲(chǔ)器ROM，是一種非易失性的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。其中所存放的信息可長(zhǎng)期保存，掉電也不會(huì)丟失，常被用來(lái)保存固定的程序和數(shù)據(jù)。2024/12/1470微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2024/12/1471微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)只讀存儲(chǔ)器28×4ROM8個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)4位(即半個(gè)字節(jié))m×nROM，m個(gè)存儲(chǔ)單元，其中每個(gè)為n位。ROM的符號(hào)圖，2024/12/1472微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)只讀存儲(chǔ)器3存儲(chǔ)地址寄存器也是一個(gè)可控緩沖寄存器，它具有L門(mén)以控制地址的輸入。它和存儲(chǔ)器的聯(lián)系是雙態(tài)的，即地址一進(jìn)入MAR就立即被送到存儲(chǔ)器去存儲(chǔ)地址寄存器(MAR)：作為存儲(chǔ)器的一個(gè)附件，存儲(chǔ)地址寄存器是必需的。它將所要尋找的存儲(chǔ)單元的地址暫存下來(lái)，以備下一條指令之用。2024/12/1473微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)只讀存儲(chǔ)器4【例2.1】程序計(jì)數(shù)器PC，存儲(chǔ)地址寄存器MAR和ROM通過(guò)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(wèn)：它們之間的信息是如何流通的?2024/12/1474微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)開(kāi)機(jī)時(shí)，先令CLR=1，則PC=0000(1)第1個(gè)控制字：CPEPLMER=0110EP=1，PC準(zhǔn)備放出數(shù)據(jù)；LM=1，MAR準(zhǔn)備裝入數(shù)據(jù)。在CLK正前沿到達(dá)時(shí)，CLK=1，MAR=PC=0000，PC的數(shù)據(jù)裝入MAR，同時(shí)MAR立即指向ROM的第一地址，即選中了ROM中的R0存儲(chǔ)單元。(2)第2個(gè)控制字：CPEPLMER=0001ER=1，令ROM放出數(shù)據(jù)，即，當(dāng)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(gè)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(shí)，要求PC指向下一地址，為下一條指令準(zhǔn)備條件。2024/12/1475微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)2.6.2隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器又叫做讀／寫(xiě)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(xiě)進(jìn)新的數(shù)據(jù)，或者改寫(xiě)原來(lái)的數(shù)據(jù)。多用雙極型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。停電失去記憶能力。2024/12/1476微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)隨機(jī)存儲(chǔ)器：2024/12/1477微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)RAM的符號(hào)A——地址線；DIN——要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)；DOUT——要讀出的數(shù)據(jù)；ME——選通此RAM的E門(mén)。當(dāng)ME=0時(shí)，此RAM未選中，故WE是什么(0或1)都不能影響RAM的動(dòng)作，并且其輸出端是懸浮(高阻)的。只有在ME=1時(shí)，此RAM才被選中，才能再進(jìn)一步去確定其是讀出還是寫(xiě)入。WE=0時(shí)，為數(shù)據(jù)讀出；WE=1時(shí)，為數(shù)據(jù)寫(xiě)入。2024/12/1478微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器(memorydataregister，MDR)，作用是將要寫(xiě)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(lái)時(shí)，才能寫(xiě)入RAM中去。2024/12/1479微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)【例】一個(gè)微型計(jì)算機(jī)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(lái)分析將數(shù)據(jù)I0裝入到RAM中去的過(guò)程的。設(shè)要寫(xiě)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(jì)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(wèn)：經(jīng)過(guò)CLR=1之后，機(jī)器的動(dòng)作順序和現(xiàn)象如何?2024/12/1480微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用_宋廷強(qiáng)CON=CPEPLMWEMELDLIEI(共8位)已設(shè)計(jì)好的控制字的次序如下：

CON1=0110

0000(6016)

CON2=0000

0010(0216)

CON3=0000

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CON4=0001

1000(1816