微机的基本组成电路20100916学习教案

1、微机的基本微机的基本(jbn)组成电路组成电路20100916第一页，共24页。四位(s wi)ALU逻辑图 第1页/共24页第二页，共24页。四位(s wi)ALU功能表S3S2S1S0正正 逻逻 辑辑M=H逻辑运算逻辑运算M=L 算术运算算术运算Cn=1Cn=0LLLLAAA加加1LLLHA+BA+B(A+B)加加1LLHLABA+B(A+B)加加1LLHH“0”减减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减减B减减1A减减BLHHHAB(AB)减减1A 第2页/共24页第三页，共24页。四位(s wi

2、)ALU功能表续S3S2S1S0正正 逻逻 辑辑M=H逻辑运算逻辑运算M=L 算术运算算术运算 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)减减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减减1A 第3页/共24页第四页，共24页。第2章 微机(wi j)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

3、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(shr)分别为 R 和 S。如下图所示：(2)功能(gngnng)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=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。sRsRQ/Q第4页/共24页第五页，共24页。第2章 微机的基本(jb

4、n)组成电路2.2.2 D触发器(1)电路(dinl)结构：见右图：(2)功能(gngnng)描述： 当D=1时，Q=1、/Q=0， D=0时，Q=0、/Q=1。 即Q=DCLKDQQPRCLRCLKDQQPRCLRCLKDQQPRCLR(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 低电平预置和清除第5页/共24页第六页，共24页。2.2.3 JK触发器(1)电路(dinl)结构：见下图。第2章 微机的基本(jbn)组成电路(2)功能(gngnng)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

5、1 原状态的反码 翻转JK触发器的符号如下：CLKJQQPRCLRK第6页/共24页第七页，共24页。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(shj)。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(shj)。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 由边沿触发的D触发器组成。例如： 第2章 微机的基本(jbn)组成电路X0Y0D0

6、Q0X1Y1D1Q1X2Y2D2Q2X3Y3D3Q3CLKCLR第7页/共24页第八页，共24页。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(y )装入控制门LOAD，见下图。 Y0CLKCLRX0D0Q0X1D0Q0X2D0Q0X3D0Q0Y1Y2Y3LOAD1&1&1&1&装入控制门第2章 微机的基本(jbn)组成电路第8页/共24页第九页，共24页。2.3.2 移位寄存器(1)功能(gngnng)：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)

7、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(jbn)组成电路DinD0Q0D1Q1D2Q2D3Q3CLKCLR(3)可控移位寄存器：增加(zngji)装入控制门LOAD等控制电路。第9页/共24页第十页，共24页。2.3.3 计数器(1)行波计数器（Travelling wave counter）第2章 微机的基本组成(z chn)电路计数(j sh)规律：0000 0001 0010 0011 1110 1111 0000(2)可控行波计数器:第10页/共24页第十一页，共24页。(3)同步计数器（synchronous counter） 解决(jiju

8、)行波计数器翻转速度慢的缺点第2章 微机(wi j)的基本组成电路(4)环形(hun xn)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11页/共24页第十二页，共24页。第2章 微机的基本(jbn)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)，以支持程序的顺序(shnx)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（Accu

9、mulator)用于暂存ALU的运算结果,能装入及输出(shch)数据、左移、右移。见右图。第12页/共24页第十三页，共24页。第2章 微机的基本组成(z chn)电路2.4 三态输出电路(dinl)三态门是构成总线部件不可缺少的电路(dinl)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(dinl)：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(dun ki)， 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

10、。三态门简称E门，装入门简称L门。三态指0、1以及高阻态第13页/共24页第十四页，共24页。第2章 微机(wi j)的基本组成电路2.5 总线结构(1)总线结构原理图：CDABCLKCLKCLKCLKLAEALBEBLCECLDEDW3W2W1W0第14页/共24页第十五页，共24页。第2章 微机的基本(jbn)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(xnx)传输。为了保证

11、信息(xnx)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(xnx)流通 LA EA LB EB LC EC LD ED 1 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15页/共24页第十六页，共24页。第2章 微机的基本组成(z ch

12、n)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储单元，必须为每个存储单元分配一个地址(dzh)(address,相当于门牌号码)。地址(dzh)是二进制代码，n位地址(dzh)码可以表示2n个地址(dzh)，即n根地址(dzh)线可以译出2n个地址(dzh)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

13、，它有4条地址(dzh)线，8条数据线。第16页/共24页第十七页，共24页。第2章 微机的基本组成(z chn)电路2.6 存储器(Memory)(2)存储器的结构(jigu):单个寄存器接到总线示意图:第17页/共24页第十八页，共24页。第2章 微机的基本(jbn)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(zn xin)示意图。问题：控制线太多，如何改进？第18页/共24页第十九页，共24页。第2章 微机的基本组成(z chn)电路2.6 存储器(Memory)(2)存储器的结构(jigu): 改进1：将L,E改为W/R和CS，改进2：采用译码器，在任一

14、时刻只选中一个寄存器。第19页/共24页第二十页，共24页。第2章 微机(wi j)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(shch)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20页/共24页第二十一页，共24页。第2章 微机的基本(jbn)组成电路2.6 存储器(Memory)(2)存储器的结构(jigu): 存储器的外框图：第21页/共24页第二十二页，共24页。第2章 微机(wi j)的基本组成电路2.6 存储器(Memory)(3)存储器的分类(fn li):半导体存储器(Simiconductor Memory)只读存储器ROM（Read Only Memor