[计算机硬件及网络]微型计算机工作原理ppt课件

1、第三讲第三讲 微型计算机的根本任务原微型计算机的根本任务原理理曾铁军主要内容主要内容微型计算机构造的简化方式微型计算机构造的简化方式1 指令系统指令系统2 程序设计程序设计3 执行指令的例行程序执行指令的例行程序4 控制部件控制部件5 微型计算机功能的扩展微型计算机功能的扩展6 初级程序设计举例初级程序设计举例7 控制部件的扩展控制部件的扩展8 现代技术在微型计算机中的运用现代技术在微型计算机中的运用9微型计算机构造的简化方式微型计算机构造的简化方式简化了的微型计算机硬件构简化了的微型计算机硬件构造特点如下：造特点如下：(1) 功能简单：只能做两功能简单：只能做两个数的加减法。个数的加减法。(

2、2) 内存量小：只需一个内存量小：只需一个168PROM(可编程序可编程序只读存储器只读存储器)。(3) 字长字长8位：二进制位：二进制8位位显示。显示。(4) 手动输入：用拨动开手动输入：用拨动开关输入程序和数据。关输入程序和数据。将将01、10送入送入PROM：01置于置于A、10置于置于B。加法在加法在ALU实现。实现。将结果将结果11置于置于O、D中中程序存于程序存于PROM程序计数程序计数PC(LDA、ADD、OUT)取指令，需先给出指令存于取指令，需先给出指令存于PROM中的地址中的地址MAR从从PROM取指令并送至取指令并送至CON(IR)翻译指令，并给出控制字翻译指令，并给出控

3、制字CON1. 程序计数器程序计数器PC计数范围计数范围00001111。每次运转之前，先复位至每次运转之前，先复位至0。跳转指令时可以不从跳转指令时可以不从0开场开场取出一条指令后，取出一条指令后，PC应加应加1。2. 存储地址存放器存储地址存放器MAR接纳来自接纳来自PC的二进制程序号，的二进制程序号，作为地址码送至作为地址码送至PROM去。去。3. 可编程序只读存储器可编程序只读存储器PROM地址码线地址码线存储器存储器输出控制输出控制4. 指令存放器指令存放器IR接纳的数据：接纳的数据：8位位 MSBLSB 最高有效位最高有效位 最低有效位最低有效位 指令字段指令字段 地址字段地址字段

4、指令字段指令字段 CON地址字段地址字段 MAR5. 控制部件控制部件CON每次运转之前，每次运转之前，CON先发出先发出CLR=1，使有关的部件，使有关的部件清清0。此时：。此时：PC=0000IR=00000000CON有一个同步时钟，能发有一个同步时钟，能发出脉冲出脉冲CLK到各个部件去，到各个部件去，使它们同步运转。使它们同步运转。在在CON中有一个控制矩阵中有一个控制矩阵CM，能根据，能根据IR送来的指送来的指令发出令发出12位的控制字：位的控制字： CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO6. 累加器累加器A存放存放ALU运算的中间结果运算的中间结果从总线接纳数据受从总线接

5、纳数据受LA控制控制往总线发送数据受往总线发送数据受EA控制控制往往ALU送数据不受送数据不受EA控制控制7. 算术逻辑器件算术逻辑器件ALU只是一个二进制补码加法只是一个二进制补码加法器减法器器减法器当当SUB=0，加法，加法A+B当当SUB=1，减法，减法A B8. 存放器存放器B存放存放ALU运算的中间结果运算的中间结果从总线接纳数据受从总线接纳数据受LB控制控制往往ALU送数据不受送数据不受EA控制控制9. 输出存放器输出存放器O计算机运转终了时，累加计算机运转终了时，累加器器A中存有答案。如要中存有答案。如要输出此答案，就得送入输出此答案，就得送入O这些输出存放器与外设存这些输出存放

6、器与外设存在一定的对应关系在一定的对应关系10. 二进制显示器二进制显示器D这是用发光二极管这是用发光二极管(LED)组成的显示器。组成的显示器。每一个每一个LED接到存放器接到存放器O的一位上去。当某位为的一位上去。当某位为高电位时，那么该高电位时，那么该LED发光。发光。由于存放器由于存放器O是是8位的，所位的，所以这里也由以这里也由8个个LED组组成显示器。成显示器。 这种构造，普通可分成这种构造，普通可分成3大大部分，如下图：部分，如下图：中央处置器中央处置器CPU(包括包括PC，IR，CON，ALU，A及及B)；记忆安装记忆安装M(MAR及及PROM)；输入输出输入输出IO(包括包括

7、O及及D，D也可称为其外围设备也可称为其外围设备)。微型计算机构造的简化方式微型计算机构造的简化方式1 指令系统指令系统2 程序设计程序设计3 执行指令的例行程序执行指令的例行程序4 控制部件控制部件5 微型计算机功能的扩展微型计算机功能的扩展6 初级程序设计举例初级程序设计举例7 控制部件的扩展控制部件的扩展8 现代技术在微型计算机中的运用现代技术在微型计算机中的运用9指令系统指令系统指令系统就是用来编制计算程序的一个指令集合。指令系统就是用来编制计算程序的一个指令集合。在未编制出计算程序之前，计算机是一堆无价在未编制出计算程序之前，计算机是一堆无价值的电路硬件。值的电路硬件。这台微型机有这

8、台微型机有5 5条指令，即其控制部件能完成一条指令，即其控制部件能完成一系列例行程序以执行系列例行程序以执行5 5种命令：种命令：LDALDA将数据装入累加器将数据装入累加器A A；ADDADD进展加法运算；进展加法运算；SUBSUB进展减法运算；进展减法运算；OUTOUT输出结果；输出结果；HLTHLT停机。停机。这这5 5条指令在一同就称为这台计算机的指令系统。条指令在一同就称为这台计算机的指令系统。例：一个计算程序的格式如下：例：一个计算程序的格式如下：助记符助记符 操作数注释操作数注释LDA R9；把；把R9中的数据存入中的数据存入AADD RA ；把；把RA中的数据与中的数据与A的相

9、加的相加ADD RB ；把；把RB中的数据与中的数据与A的相加的相加ADD RC ；把；把RC中的数据与中的数据与A的相加的相加SUB RD ；把；把A中的数据与中的数据与RD的相减的相减OUT ； 输出输出A中的数据，即结果中的数据，即结果HLT； 停机停机例：一个计算程序的格式如下：例：一个计算程序的格式如下：助记符助记符 操作数操作数 执行结果执行结果LDA R9； (A)=(R9)ADD RA ； (A)=(R9)+(RA)ADD RB ； (A)=(R9)+(RA)+(RB)ADD RC ； (A)=(R9)+(RA)+(RB)+(RC)SUB RD ； (A)=(R9)+(RA)+

10、(RB)+(RC)-(RD)OUT ； (D)=(A)HLT； CLK停顿发脉冲停顿发脉冲微型计算机构造的简化方式微型计算机构造的简化方式1 指令系统指令系统2 程序设计程序设计3 执行指令的例行程序执行指令的例行程序4 控制部件控制部件5 微型计算机功能的扩展微型计算机功能的扩展6 初级程序设计举例初级程序设计举例7 控制部件的扩展控制部件的扩展8 现代技术在微型计算机中的运用现代技术在微型计算机中的运用9程序设计程序设计上节讲的指令清单可以说是将求上节讲的指令清单可以说是将求4个数相加再减去一个数相加再减去一个数的公式而写成的计算程序：个数的公式而写成的计算程序：D=(R9)+(RA)+(

11、RB)+(RC)-(RD)程序设计中要包括：程序设计中要包括：编制汇编言语写的程序；编制汇编言语写的程序；助记符的翻译；助记符的翻译；存储器的分配等几部分。存储器的分配等几部分。先要有一个操作码表先要有一个操作码表将源程序翻译成目的程序将源程序翻译成目的程序源程序目的程序源程序目的程序 存储单元存储单元指指LDALDAR9R9 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 10 0 0 0 (R0)0 0 0 0 (R0)ADDADDRARA0 0 0 1 1 0 1 00 0 0 1 1 0 1 00 0 0 1 (R1)0 0 0 1 (R1)令令ADDADDRBRB0 0

12、0 1 1 0 1 10 0 0 1 1 0 1 10 0 1 0 (R2)0 0 1 0 (R2)ADDADDRCRC0 0 0 1 1 1 0 00 0 0 1 1 1 0 00 0 1 1 (R3)0 0 1 1 (R3)区区SUBSUBRDRD0 0 1 0 1 1 0 10 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 (R4) 0 1 0 0 (R4)OUTOUT 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 (R5) 0 1 0 1 (R5)HLTHLT 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 (R6) 0 1 1 0 (R6)程序及数据的输入方法程序及数据的输入方法D=

13、16+20+24+28-32=?执行执行LDA 9H后后A=0001000016(10)执行执行ADDAH后后A=0010010036(10)执行执行ADDBH后后A=0011110060(10)执行执行ADDCH后后A=0101100088(10)执行执行SUBDH后后A=0011100056(10)执行执行OUT 后后 D=0011 100056(10)执行执行HLT 后后 D=00111000(不变不变)执行执行HLT(停机停机)指令后，电源并不切断，只是指令后，电源并不切断，只是CLK停发脉冲，停发脉冲，所以显示器所以显示器D上仍旧显示出计算结果。上仍旧显示出计算结果。微型计算机构造的

14、简化方式微型计算机构造的简化方式1 指令系统指令系统2 程序设计程序设计3 执行指令的例行程序执行指令的例行程序4 控制部件控制部件5 微型计算机功能的扩展微型计算机功能的扩展6 初级程序设计举例初级程序设计举例7 控制部件的扩展控制部件的扩展8 现代技术在微型计算机中的运用现代技术在微型计算机中的运用9执行指令的例行程序执行指令的例行程序 执行一条指令的时间为一个机器周期。机器周期又可执行一条指令的时间为一个机器周期。机器周期又可分为取指周期和执行周期。取指过程和执行过程机器分为取指周期和执行周期。取指过程和执行过程机器都得经过不同的机器节拍。在这些节拍内，每个存放都得经过不同的机器节拍。在

15、这些节拍内，每个存放器器(PC，MAR，IR，A，B，O等等)的内容能够发生的内容能够发生变化。变化。 取出指令的过程需求取出指令的过程需求3个机器节个机器节拍，在清零和启动之后第拍，在清零和启动之后第1个节个节拍为拍为T0。1.地址节拍地址节拍(T0=1)将将PC的内容的内容(即第即第1个地址个地址码码)送入送入MAR(并经过并经过MAR而到达而到达PROM)，此时应有：此时应有：EP=1，即，即PC预备放出数预备放出数据据LM=1，即，即MAR预备接预备接纳数据纳数据2.储存节拍储存节拍(T1=1)PROM中由中由PC送来的地址送来的地址码所指定的存储单元中的码所指定的存储单元中的内容送到

16、内容送到IR，同时，同时IR立立刻将其高刻将其高4位送至控制部位送至控制部件。件。 此时应有：此时应有： ER=1 PROM预备放预备放出数据出数据 LI=1 IR预备接纳数预备接纳数据据3.增量节拍增量节拍(T2=1)PC加加1，做好下一条指令的，做好下一条指令的取指预备。取指预备。CP=1，即命令，即命令PC计数。计数。取指周期对任何取指周期对任何指令都是一样的指令都是一样的以以LDA指令来调查执行周期指令来调查执行周期4.(T3=1)T3=1时，控制部件经过分时，控制部件经过分析后就发出命令：析后就发出命令：EI=1，IR的低的低4位送至位送至W总线；总线；LM=1，MAR接纳此低接纳此

17、低4位位数作为地址并立刻送至数作为地址并立刻送至PROM；5.(T4=1)T4=1时，将时，将PROM的数据的数据区的存储单元区的存储单元(如如R9，即，即1001)的内容送入累加的内容送入累加器器A，即：，即：ER=1，PROM预备放出数预备放出数据；据；LA=1，A预备接纳数据；预备接纳数据；6.(T5=1)由于由于T4=1时，已将数据存时，已将数据存放入放入A中，所以，中，所以，LDA的的例行程序就已完成，例行程序就已完成，T5节拍就变成空拍节拍就变成空拍表表3-3 执行指令的过程执行指令的过程微型计算机构造的简化方式微型计算机构造的简化方式1 指令系统指令系统2 程序设计程序设计3 执

18、行指令的例行程序执行指令的例行程序4 控制部件控制部件5 微型计算机功能的扩展微型计算机功能的扩展6 初级程序设计举例初级程序设计举例7 控制部件的扩展控制部件的扩展8 现代技术在微型计算机中的运用现代技术在微型计算机中的运用9微型计算机构造的简化方式微型计算机构造的简化方式1 指令系统指令系统2 程序设计程序设计3 执行指令的例行程序执行指令的例行程序4 控制部件控制部件5 微型计算机功能的扩展微型计算机功能的扩展6 初级程序设计举例初级程序设计举例7 控制部件的扩展控制部件的扩展8 现代技术在微型计算机中的运用现代技术在微型计算机中的运用9微型计算机构造的简化方式微型计算机构造的简化方式1 指令系统指令系统2 程序