1、第二章第二章 微機的基本組成電路微機的基本組成電路(是微機的硬件基礎(chǔ)是微機的硬件基礎(chǔ),包括包括:算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元,觸發(fā)器觸發(fā)器,寄寄存器存器,存儲器及總線結(jié)構(gòu)存儲器及總線結(jié)構(gòu).)2.1 算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元(ALU) 一一.功能功能: 二進制數(shù)的四則運算二進制數(shù)的四則運算; 布爾代數(shù)的邏輯運算布爾代數(shù)的邏輯運算. 二二.電路電路: 前述的二進制加前述的二進制加/減電路減電路(簡單的簡單的ALU). 1).加加/減運算減運算 2). 配合軟件配合軟件,可乘可乘/除運算除運算 3). 增加門電路增加門電路,可邏輯運算可邏輯運算.三三.符號符號: A B(二進制數(shù)二進制數(shù))CONTROL

2、(控制端控制端) (SUB)S(運算結(jié)果運算結(jié)果)ALU2.2 觸發(fā)器觸發(fā)器一一.特性特性: 1).記憶裝置記憶裝置的基本單元的基本單元; 2). 用晶體管元件制成用晶體管元件制成-可制成大規(guī)模的集成電路可制成大規(guī)模的集成電路,減小體積減小體積. 二二.類型類型: RS, D, JK. D觸發(fā)器觸發(fā)器: 。QQSRDD=1, (即刻即刻)Q=1_置位置位D=0, Q=0_復(fù)位復(fù)位(輸入輸入)(輸出輸出)D的記憶功能的記憶功能: D狀態(tài)不變狀態(tài)不變, Q狀態(tài)不變狀態(tài)不變_記憶記憶. D狀態(tài)改變狀態(tài)改變, Q狀態(tài)改變狀態(tài)改變_觸發(fā)觸發(fā).D的初始狀態(tài)的初始狀態(tài): 預(yù)先給預(yù)先給D置位置位(置置1,Q=

3、1_預(yù)置預(yù)置(PRESET=1) 預(yù)先給預(yù)先給D清零清零(置置0,Q=0_清除清除(CLEAR=1)(復(fù)位復(fù)位)D與其它部件協(xié)調(diào)工作與其它部件協(xié)調(diào)工作: 加時標脈沖加時標脈沖CLK.即即 D=1, 且且CLK=1時時, Q才等于才等于1. D=0, 且且CLK=1時時, Q才等于才等于0.時標脈沖時標脈沖CLK: 1) CLK=1時時, Q翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn); 2) CLK=0時時, Q狀態(tài)不變狀態(tài)不變; 3) 在高電平處在高電平處, 仍存在時間段仍存在時間段, D都有可能翻轉(zhuǎn)都有可能翻轉(zhuǎn)(Q狀態(tài)改狀態(tài)改 變變)_仍不準確仍不準確. 所以所以: 常有邊緣觸發(fā)常有邊緣觸發(fā), 即使邊緣后有即使邊緣后有Q信號

4、也不動作信號也不動作, 須等到下一須等到下一個邊緣到來個邊緣到來. D Q QD Q QD Q Qpresetpresetpreset=0clearclearclear=0CLKCLKCLK。正邊緣觸發(fā)正邊緣觸發(fā)負邊緣觸發(fā)負邊緣觸發(fā)低電平預(yù)置及清除低電平預(yù)置及清除2.3 寄存器寄存器由觸發(fā)器組成由觸發(fā)器組成: 一個觸發(fā)器是一個觸發(fā)器是一個一個一位的寄存器一位的寄存器 八個觸發(fā)器是八個觸發(fā)器是一個一個八位的寄存器八位的寄存器 十六個觸發(fā)器是十六個觸發(fā)器是一個一個十六位的寄存器十六位的寄存器 8086/8088中寄存器均為中寄存器均為16位位 (16位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線, 16位機位機)常用寄存器

5、常用寄存器: 緩沖寄存器緩沖寄存器 : 暫存數(shù)據(jù)暫存數(shù)據(jù), 適時適時I/O; 移位寄存器移位寄存器: 所存數(shù)據(jù)逐位移動所存數(shù)據(jù)逐位移動, 判判0或或1; 計數(shù)器計數(shù)器: 把存儲在其中的數(shù)字加把存儲在其中的數(shù)字加1; 累加器累加器: 不進行加法運算不進行加法運算,只作為只作為ALU運算的運算的臨時臨時存儲處存儲處. 觸觸觸觸觸 觸 觸(八個)(十六個)(一個)觸三三. 寄存器中各量的意義寄存器中各量的意義: 時標時標CLK: 正前沿有效正前沿有效, 作用同前述作用同前述; 復(fù)位信號復(fù)位信號CLR: “1”有效有效, 使其數(shù)據(jù)為使其數(shù)據(jù)為0 (初始狀態(tài)初始狀態(tài)); 左移左移SHL: 將寄存器中所存

6、數(shù)據(jù)逐位向左移動將寄存器中所存數(shù)據(jù)逐位向左移動; 右移右移SHR: 將寄存器中所存數(shù)據(jù)逐位向右移動將寄存器中所存數(shù)據(jù)逐位向右移動; 裝入門裝入門L門門: “1”時數(shù)據(jù)裝入時數(shù)據(jù)裝入, “0”時數(shù)據(jù)自鎖其中時數(shù)據(jù)自鎖其中:即既有的數(shù)據(jù)可靠的存在其中而不丟失即既有的數(shù)據(jù)可靠的存在其中而不丟失. 有效有效判某位為判某位為“0”或或“1”LOAD1CLK Q0 D0CLRX0L0，Q0仍為原值（自鎖）L=1, Q0=X0 (裝入）四四. . 特別：環(huán)形計數(shù)器不用來計數(shù)，而用來發(fā)出特別：環(huán)形計數(shù)器不用來計數(shù)，而用來發(fā)出順序控制信號的。順序控制信號的。 （每一個每一個CLKCLK周期，其僅有唯一的一個為高

7、周期，其僅有唯一的一個為高電位）電位）五五. . 各寄存器框圖：各寄存器框圖：2-152-15，2-172-17，2-222-22，2-232-23，2-242-24。 2.4 三態(tài)輸出電路三態(tài)輸出電路通常通常:A端有輸入端有輸入,B端有輸出端有輸出. A B 即即B端的傳輸線只傳輸端的傳輸線只傳輸A端的端的1或或0信號信號. 當當A端無信號時端無信號時,B端傳輸線不工作端傳輸線不工作-可與另可與另端信號相端信號相 連并傳送之連并傳送之-提高傳輸線的利用率提高傳輸線的利用率. 當當A端有信號時端有信號時.也可使其不輸出也可使其不輸出-加一控制加一控制信號信號E(門電路門電路),將數(shù)據(jù)鎖在觸發(fā)器

8、中不輸出將數(shù)據(jù)鎖在觸發(fā)器中不輸出-讓讓出線路出線路-即即E端決定該信號線端決定該信號線(B線線)與哪個觸發(fā)器與哪個觸發(fā)器相連相連.E門各端狀態(tài)門各端狀態(tài): E A B G1 G2 T1 T2 0 0 高阻高阻 0 0 截止截止 截止截止 0 1 高阻高阻 0 0 截止截止 截止截止 1 0 0 1 導(dǎo)通導(dǎo)通(VB0) 1 1 1 1 0 導(dǎo)通導(dǎo)通(VBVDD) 截止截止 。11BG1G2T1T2AE（ENABLE）VDDE門：控制數(shù)據(jù)輸出（門：控制數(shù)據(jù)輸出（E=1有效，有效， A B。單向輸出。單向輸出。L門：控制數(shù)據(jù)裝入（門：控制數(shù)據(jù)裝入（L=1有效）有效）E輸入輸入輸出輸出三態(tài)門三態(tài)門:

9、一般邏輯電路有兩種狀態(tài)一般邏輯電路有兩種狀態(tài): 1或或0. 三態(tài)三態(tài)邏輯電路是除了上述兩種狀態(tài)外邏輯電路是除了上述兩種狀態(tài)外, 還有第三種還有第三種狀態(tài)狀態(tài) -高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)(或稱浮動或稱浮動,浮離浮離,斷開狀態(tài)斷開狀態(tài)). (上述的上述的E門就是三態(tài)門門就是三態(tài)門,或稱三態(tài)電路或稱三態(tài)電路) 處于高阻狀態(tài)時處于高阻狀態(tài)時, 雖然仍連接在總線上雖然仍連接在總線上, 但它但它對總線的狀態(tài)不發(fā)生任何影響對總線的狀態(tài)不發(fā)生任何影響, 這時總線上的這時總線上的電平完全由電平完全由CPU和工作著的部件所支配和工作著的部件所支配.2.5 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)一一.總線定義總線定義: 連接各部件信息流通的公共

10、通道連接各部件信息流通的公共通道. 由信息的類別得由信息的類別得:數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(DW)-流通數(shù)據(jù)信息流通數(shù)據(jù)信息 地址總線地址總線(AW)-流通地址信息流通地址信息 控制總線控制總線(CW)-流通控制信息流通控制信息二二.示意圖示意圖: :四個寄存器四個寄存器A,B,C,D, 每個寄存器為每個寄存器為4位位-則則DW為為4位位; :均裝均裝L和和E門門, 則有則有8條控制線條控制線-CW為為8位位 -來自控制器來自控制器, 使使L或或E適時有效適時有效. :CON=LA EA LB EB LC EC LD ED 物義物義: 為高電位時為高電位時,數(shù)據(jù)將由數(shù)據(jù)將由E門門 L門門 eg: EB

11、=1, LA=1. 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由B A EA=1, LB=1. A B EC=1, LA=1. C A 每一寄存器動作仍由每一寄存器動作仍由CLK控制控制(正半周正半周), 在任一在任一CLK正半周正半周, 只有一個只有一個L門和另一個門和另一個E門門 為高電位為高電位, 其余一定是低電位其余一定是低電位-保證信息有保證信息有序流動序流動.各總線用一條粗線畫出各總線用一條粗線畫出, 標出位數(shù)標出位數(shù).圖:ACBDLACLKEALCCLKEC444注注:各寄存器輸入有各寄存器輸入有 4位線位線,輸出有輸出有4位線位線, 即數(shù)據(jù)是有方向的即數(shù)據(jù)是有方向的.BW再見再見P31 圖圖2-28. 2.6

12、 存儲器存儲器(寄存器堆寄存器堆)1 1. . 存儲器是用來存放系統(tǒng)存儲器是用來存放系統(tǒng)工作時工作時的程序和數(shù)據(jù)的。的程序和數(shù)據(jù)的。在機器內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)都是用二進制代碼的形式在機器內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)都是用二進制代碼的形式表示表示,.,.故存儲器中的內(nèi)容均為若干個故存儲器中的內(nèi)容均為若干個0 0和和1 1。2 2. . 在微機中，一般用在微機中，一般用8 8位二進制代碼作為一個字節(jié)位二進制代碼作為一個字節(jié)（ByteByte）。用兩個或幾個字節(jié)組成一個字（記憶字）。用兩個或幾個字節(jié)組成一個字（記憶字）（WordWord）。如果用字表示一個數(shù)，稱為數(shù)據(jù)字；表）。如果用字表示一個數(shù)，稱為數(shù)據(jù)字；表示一

13、條指令，稱為指令字。數(shù)據(jù)字和指令字也可以示一條指令，稱為指令字。數(shù)據(jù)字和指令字也可以用雙倍字長或多倍字長表示用雙倍字長或多倍字長表示 。3 3. . 一個存儲器可劃分為很多存儲單元。存儲單元中一個存儲器可劃分為很多存儲單元。存儲單元中的內(nèi)容為數(shù)據(jù)或指令。為了能識別不同的單元，我的內(nèi)容為數(shù)據(jù)或指令。為了能識別不同的單元，我們分別賦予每個單元一個們分別賦予每個單元一個編號編號。這個編號稱之為。這個編號稱之為地地址址。顯然，各存儲單元的地址與該地址中存放的內(nèi)。顯然，各存儲單元的地址與該地址中存放的內(nèi)容是完全不同的意思，不可混淆。容是完全不同的意思，不可混淆。地址也以二進制地址也以二進制代碼表示。代碼

14、表示。4. 存儲器通用寫法存儲器通用寫法:存儲單元個數(shù)存儲單元個數(shù)*每單元二進制數(shù)位數(shù)每單元二進制數(shù)位數(shù) 存儲器存儲器 常有常有: m*n存儲器存儲器 例例: 16*8存儲器存儲器. 即表示該存儲器有即表示該存儲器有16個單元個單元, 每單元儲存每單元儲存8個二進制碼個二進制碼(位位) 則只需要則只需要4根地址線根地址線(A3A2A1A0) 8086存儲器以存儲器以8位為一個存儲單元位為一個存儲單元5. 地址譯碼器地址譯碼器:將有限的地址線譯成無線多的地址將有限的地址線譯成無線多的地址-減少存儲器減少存儲器 對外的引線對外的引線. N根地址線根地址線 2N根地址線根地址線(號號) 例例:N=2

15、, 則可譯出的地址號數(shù)為則可譯出的地址號數(shù)為4; N=8, -256; N=10, -1024(1K) N=20,-1K*1K=1M譯譯碼碼器器A0A1：An-1：0122n-1M286/386/486-20條6. M的分類的分類1).按用途分按用途分: 內(nèi)存內(nèi)存:主機的一部分主機的一部分;存放存放當前運行當前運行的程序和數(shù)據(jù)的程序和數(shù)據(jù); 由半導(dǎo)體材料制成由半導(dǎo)體材料制成,集成度高集成度高,體積小體積小,速度速度 快快,成本低成本低;但容量有限但容量有限;可直接被可直接被CPU訪問訪問. 外存外存:放在主機外放在主機外;存放存放當前暫時不參于當前暫時不參于運行的程運行的程 序和數(shù)據(jù)以及某些需

16、要永久保存的信息序和數(shù)據(jù)以及某些需要永久保存的信息;非導(dǎo)非導(dǎo) 體體 體材料體材料,速度慢速度慢;容量大容量大;其信息其信息必須先成組調(diào)入必須先成組調(diào)入內(nèi)內(nèi) 內(nèi)存后內(nèi)存后,方可被方可被CPU訪問訪問; 外存相當于系統(tǒng)中一個外部設(shè)備外存相當于系統(tǒng)中一個外部設(shè)備,需要配備需要配備 專門的專門的I/O接口裝置接口裝置(驅(qū)動器驅(qū)動器),才可完成對外才可完成對外 存存的的 的讀的讀/寫操作寫操作. 2). 內(nèi)存分類內(nèi)存分類(信息存取方式信息存取方式) 靜態(tài)靜態(tài)RAM(SRAM) 動態(tài)動態(tài)RAM(DRAM) 固定的固定的,掩膜式掩膜式ROM 可編程可編程PROM 可擦除的可擦除的EPROM 可擦除的可擦除的

17、E2 PROM(電電) M的屬性之一的屬性之一: 關(guān)閉電源后關(guān)閉電源后,其內(nèi)容能否保存下去其內(nèi)容能否保存下去,如能如能, 稱非易失性稱非易失性,否則否則,稱易失性稱易失性. 微機中大微機中大 部分存儲器是易失性的部分存儲器是易失性的. ROM:非易失性非易失性; RAM:易失性易失性. 隨機存儲器隨機存儲器RAM只讀存儲器只讀存儲器ROM半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器 3)存儲器的組織結(jié)構(gòu)：存儲器的組織結(jié)構(gòu)： 1). 字結(jié)構(gòu)字結(jié)構(gòu): 2). 位結(jié)構(gòu)位結(jié)構(gòu): 3). 存儲器矩陣存儲器矩陣(方陣方陣)排列排列選址例子選址例子:7. 只讀存儲器只讀存儲器ROM存儲內(nèi)容已定存儲內(nèi)容已定,不可更改不可更改.即

18、只能即只能“讀出讀出”不能不能“寫寫”進進新新新的內(nèi)容新的內(nèi)容-制造者配置制造者配置.常用來存放固定程序常用來存放固定程序(管理管理,監(jiān)控監(jiān)控,匯編程序匯編程序),常數(shù)常數(shù),表格等表格等.1).ROM的工作原理的工作原理: 8*4ROM (P34 圖圖230) ROM的符號的符號: 一般一般:8*4ROMA2A1A0ED3 D2 D1 D0AEDnm*nROM2). ROM的附件的附件-MAR功能功能:將所需尋址的存儲單元的地址暫存下來將所需尋址的存儲單元的地址暫存下來,以以 備下一條指令使用備下一條指令使用.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):有有L門門: 控制地址的裝入控制地址的裝入. 有有CLK: (MAR為可控

19、緩沖寄存器為可控緩沖寄存器)MAR與與ROM的關(guān)系的關(guān)系: 雙態(tài)的雙態(tài)的 (不受不受E門控制門控制) 地址一進入地址一進入MAR即被送到即被送到ROM中中(選中某選中某 一單元一單元)框圖框圖: LCLKAEDnMARm*nROM3). 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC:(指令地址指示器指令地址指示器) 是一個多位的寄存器是一個多位的寄存器: 存放存放指令指令(數(shù)據(jù)數(shù)據(jù))的的地址碼地址碼. 計算機執(zhí)行某次操作前計算機執(zhí)行某次操作前, 要把程序要把程序(數(shù)據(jù)數(shù)據(jù))用用I裝置裝置 送入送入M中中,執(zhí)行時再依次取出執(zhí)行時再依次取出-取出時必須先知取出時必須先知 道該數(shù)的地址碼道該數(shù)的地址碼; 為了給出被尋址

20、單元的地址為了給出被尋址單元的地址,指令中設(shè)置了地址指令中設(shè)置了地址 碼碼; 操作碼操作碼 地址碼地址碼 地址碼較長地址碼較長, 增加了指令的長度增加了指令的長度, 不采用此法給出不采用此法給出M的地址的地址; 將將M地址放于某個專用的寄存器地址放于某個專用的寄存器R中中,則指令中則指令中 只出現(xiàn)只出現(xiàn)R的代碼的代碼,-減少指令的長度減少指令的長度. R稱指示器或變址寄存器稱指示器或變址寄存器(間接給出地址間接給出地址) 例例: 當當PC=0000H,則計算機把指令則計算機把指令1 取到取到CPU中識別中識別 并執(zhí)行相應(yīng)操作并執(zhí)行相應(yīng)操作; 當當PC=0001H,-2 - -;當取出一條指令后

21、當取出一條指令后,PC自動加自動加1,保證程序順序執(zhí)行保證程序順序執(zhí)行;每次運行前每次運行前,PC自動復(fù)位至自動復(fù)位至0000H;PC的內(nèi)容可用指令控制予以改寫的內(nèi)容可用指令控制予以改寫-即改變程序執(zhí)行即改變程序執(zhí)行 的順序的順序;以上操作都須經(jīng)過總線以上操作都須經(jīng)過總線W;PC的控制信號的控制信號: CLK, CLR, EP, CP(使使PC加加1的信的信號號) P35 例例2-1.指令指令1指令指令2指令指令3000000010010.M8. 隨機存儲器隨機存儲器RAM CPU能在相同的時間里訪問能在相同的時間里訪問M的任一單元的任一單元(讀出或?qū)懽x出或?qū)?入入,且訪問時間一樣且訪問時間一

22、樣) RAM的特點的特點: .存儲單元的內(nèi)容根據(jù)需要隨時讀出存儲單元的內(nèi)容根據(jù)需要隨時讀出 或?qū)懭牖驅(qū)懭? .斷電后斷電后,所存信息隨之丟失所存信息隨之丟失(易失性易失性 器件器件.恢復(fù)供電恢復(fù)供電,原信號無法恢復(fù)原信號無法恢復(fù)) . 暫存暫存I/O數(shù)據(jù)計算的中間結(jié)果數(shù)據(jù)計算的中間結(jié)果 斷電后無影響的用戶程序斷電后無影響的用戶程序. RAM的分類的分類: 從制造工藝分從制造工藝分: 雙極型雙極型: 存取速度快存取速度快,集成度低集成度低,(一個基本存儲一個基本存儲 單元所用管子多單元所用管子多),功耗大功耗大,成本高成本高-高速專用機用高速專用機用; 單極型單極型: 工藝簡單工藝簡單,功耗低功

23、耗低,成本低成本低,集成度高集成度高-微機中使用微機中使用. 靜態(tài)靜態(tài)RAM: 每存儲單元包括的每存儲單元包括的MOS管多管多(6只只), 存存 存儲容量小存儲容量小,功耗大功耗大,不需不需“刷新刷新”,工工作作 穩(wěn)定穩(wěn)定,有電一直保持信息有電一直保持信息.-微機中用微機中用. 動態(tài)動態(tài)RAM:每存儲單元包括的每存儲單元包括的MOS少少(3只只),依靠依靠 MOS管柵極電容的電荷記憶信息管柵極電容的電荷記憶信息, 電容電容 會漏電會漏電,需定時需定時“刷新刷新”,集成度高集成度高,功耗功耗小小, 價格低價格低,但增加但增加“刷新刷新”電路電路.-大容量大容量 存儲系統(tǒng)用存儲系統(tǒng)用. . 常用芯片常用芯片: Inter2114Inter6116Inter6264 (1K*4) (2K*8) (8K*8) . RAM的符號的符號: WEAMEDinDoutM*nRAM注注:ME為此為此RAM的選中門的選中門 ME=1,此此RAM被選中被選中; ME=0,-未選中未選中. WE為讀寫控制信號為讀寫控制信號 WE=1, 寫操作寫操作; WE=0, 讀操作讀操作. 即即當當ME=1時時,WE才有意