第2章微型计算机
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1、第第2章章微型计算机的基本组成电路微型计算机的基本组成电路本章教学目的n通过回顾计算机基本组成电路，引出微机中最常用的部件名称，并掌握其工作原理，包括ALU、触发器、寄存器、存储器和总线结构等，使学生理解数据的存储与流通的原理。本章 学习要求1.掌握掌握p算术逻辑单元、触发器、寄存器、存储器、总线结构算术逻辑单元、触发器、寄存器、存储器、总线结构p存储器的类型及性能指标存储器的类型及性能指标p随机存储器随机存储器RAM的结构原理的结构原理(SRAM,DRAM)，只读存储器，只读存储器 ROM的结构原理（的结构原理（PROM,EPROM,EPROM）。）。 2.理解理解p控制字控制字、数据存储、
2、数据流通的原理、数据存储、数据流通的原理(难点难点)；p典型芯片的引脚及存储器容量的扩展典型芯片的引脚及存储器容量的扩展 本章 主要外语词汇nALU ：Arithmetic Logical Unit，算术逻辑部件nRegister：寄存器nMemory：存储器nRAM：Random Access Memory,随机存储器nROM：Read Only Memory，只读存储器nMDR：Memory Data Register，存储器数据寄存器nMAR：Memory Address Register，存储器地址寄存器主要内容nALUALU、触发器、寄存器、触发器、寄存器n三态电路、总线结构三态电路
3、、总线结构n存储器存储器2.1 算术逻辑部件ALUn主要功能主要功能: :完成逻辑运算完成逻辑运算( (布尔代数布尔代数) )n符号符号2.2 触发器n触发器(trigger)是计算机的记忆装置的基本单元，也可说是记忆细胞。触发器可以组成寄触发器可以组成寄存器，寄存器又可以组成存储器。寄存器和存存器，寄存器又可以组成存储器。寄存器和存储器统称为计算机的记忆装置。储器统称为计算机的记忆装置。n微型计算机所用触发器一般用晶体管元件而不用磁性元件。这是因为晶体管元件可以制成大规模的集成电路，体积可以更小些。n下面简要介绍RS触发器、D触发器和JK触发器2.2.1 RS触发器S端一般称为置位端，使Q=
4、1(Q=0)R端一般称为复位端，使Q=0(Q=1)图图2.3 RS触发器的符号触发器的符号时标时标RS触发器触发器为了使触发器在整个机器中能和其他部件协调工作，RS触发器经常有外加的时标脉冲。CLK为时标脉冲。无论是置位还是复位，都必须在时标脉冲无论是置位还是复位，都必须在时标脉冲此端为高电位时才能进行此端为高电位时才能进行。2.2.2 D触发器nRS触发器有两个输入端S和R。为了存储一个高电位，就需要一个高电位输入的S端；为了存储一个低电位，就需要另一个高电位输入的R端。不方便。不方便。nD触发器是在触发器是在RS触发器的基础上引伸出来的，它只需触发器的基础上引伸出来的，它只需一个输入端口。
5、一个输入端口。(方向输出方向输出,无不定状态无不定状态)时标时标D触发器触发器时标脉冲时标脉冲CLK一般都是方波，一般都是方波，在在CLK处于正半周处于正半周内的任何瞬间，触发器都有动作的可能，并不能保内的任何瞬间，触发器都有动作的可能，并不能保证时序电路动作一致性证时序电路动作一致性。边缘触发的边缘触发的D触发器触发器 为了使计算机的动作整齐划一，总是想由时标CLK来指挥整个机器的行动，采用时标边缘触发的方式就可以得到准确划一的动作。 在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置位预先给某个触发器置位(即置即置1)或清除或清除(即置即置0)，而与时标脉冲以及，而与时标脉冲以及D输入端信号无关输入
6、端信号无关，这就是所谓预置和清除。触发器的预置和清除触发器的预置和清除边缘触发的边缘触发的D触发器在计算机中常用的符号。触发器在计算机中常用的符号。2.2.3 JK触发器n在RS触发器前面增加两个与非两个与非门门，并从输出(Q和Q)到输入(与门的输入端)作交叉反馈，即可得到JK触发器。nJK触发器是组成计数器的 理想记忆元件。图图2.10 JK触发器触发器 J K Q 动作动作 0 0 保持原状保持原状 自锁状态自锁状态 0 1 0 复位复位 1 0 1 置位置位 1 1 原状态的反码原状态的反码 翻转翻转JK触发器的工作过程触发器的工作过程(1) 当当J=0，K=0，触发器保持闭锁状态。，触
7、发器保持闭锁状态。(2) J=0，K=1，触发器仍处于复位状态，触发器仍处于复位状态(Q=0，Q=1)。(3) J=1，K=0，触发器就仍处于置位状态，触发器就仍处于置位状态(Q=1，Q=0)。(4) J=1，K=1，触发器翻转，触发器翻转JK触发器的符号触发器的符号2.3 寄存器n寄存器寄存器(register)是由触发器组成的。是由触发器组成的。一个触发一个触发器就是一个一位寄存器器就是一个一位寄存器。由多个触发器可以组成。由多个触发器可以组成一个多位寄存器。一个多位寄存器。n计数器计数器一个计数脉冲到达时，会按二进制数一个计数脉冲到达时，会按二进制数 的规律的规律累计脉冲数累计脉冲数；n
8、 常见的寄存器有：n缓冲寄存器缓冲寄存器用以用以暂存数据暂存数据；n移位寄存器移位寄存器能够将其能够将其所存的数据一位一位地所存的数据一位一位地 向左或向右移向左或向右移；n累加器累加器用以用以暂存暂存每次在每次在ALU中计算的中间结果。中计算的中间结果。2.3.1 缓冲寄存器n其基本工作原理为：设有一个二进制数，共有4位数： X=X3X2X1X0n要存到这个缓冲寄存器(buffer)中去，此寄存器是由4个D触发器组成的。n将数据将数据X装到寄存器中去的过程装到寄存器中去的过程上述缓冲寄存器的数据上述缓冲寄存器的数据X输入到输入到Q只是受只是受CLK的节拍管理，的节拍管理，即只要一将即只要一将
9、X各位加到寄存器各位的各位加到寄存器各位的D输入端，时标节拍输入端，时标节拍一到，就会立即送到一到，就会立即送到Q去。去。有时想让其中的数据多留一些有时想让其中的数据多留一些时间，但由于不可控之故，在时间，但由于不可控之故，在CLK正前沿一到就会立即被正前沿一到就会立即被来到门口的数据来到门口的数据X替代掉。替代掉。可控缓冲寄存器可控缓冲寄存器自锁(LOAD=0)和装入(LOAD=1) 在在X0端送入数据端送入数据(0或或1)后，后，如如LOAD端端(以下简称为以下简称为L端端)为低电位，则右边的与门被阻塞，为低电位，则右边的与门被阻塞，X0过不去，而原来已存在此位中的数据由过不去，而原来已存
10、在此位中的数据由Q0送至左边的与门。此与送至左边的与门。此与门的另一端输入从非门引来的与门的另一端输入从非门引来的与L端反相的电平，即高电位。所以端反相的电平，即高电位。所以Q0的数据可以通过左边的与门，再经或门而送达的数据可以通过左边的与门，再经或门而送达D0端。这就形成端。这就形成自锁，即既存的数据能够可靠地存在其中而不会丢失。自锁，即既存的数据能够可靠地存在其中而不会丢失。LOAD门工作原理：门工作原理：如如L端为高电位，则左边与门被阻塞而右边与门可让端为高电位，则左边与门被阻塞而右边与门可让X0通通过，这样过，这样Q0的既存数据不再受到自锁，而的既存数据不再受到自锁，而X0可以到达可以
11、到达D0端。端。只要只要CLK的正前沿一到达，的正前沿一到达，X0即被送到即被送到Q0去，这时就叫做去，这时就叫做装入装入(LOAD)。一旦装入之后，。一旦装入之后，L端又降至低电平，则利用端又降至低电平，则利用左边的与门，左边的与门，X0就能自锁而稳定地存在就能自锁而稳定地存在Q0中。中。上面的门电路称作“L门” ：高电平时使数据装高电平时使数据装入，低电平时数据自锁在其中。入，低电平时数据自锁在其中。对于多位的寄存器，每位各加一套L门电路。可控缓冲寄存器的符号可控缓冲寄存器的符号2.3.2 移位寄存器n移位寄存器移位寄存器(shifting register)能将能将其所存储的数据逐位向左
