第3章微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理(已修改)
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【正文】 第 3章 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 2 本章教學(xué)目的 ? 本章以一個(gè)簡(jiǎn)化了的計(jì)算機(jī)作為分析對(duì)象，逐步講述一般計(jì)算機(jī)的各種基本功能，從而概括出微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 3 本章 學(xué)習(xí)要求 ? 模型機(jī)的簡(jiǎn)化形式； ? 模型機(jī)各部件的功能與作用； ? 基于模型機(jī)的編程過(guò)程。 ? 位（ Bit）、字（ Word）、字節(jié)（ Byte）、中央處理單元（ CPU）等名詞術(shù)語(yǔ) 。 ? 指令的意義；指令周期；控制字的含義。 ? 程序設(shè)計(jì)步驟；控制部件的構(gòu)成及其工作原理，模型機(jī)的功能擴(kuò)展，現(xiàn)代技術(shù)在微型集中的應(yīng)用。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 4 本章 主要外語(yǔ)詞匯 ? PROM： Programmable Read Only Memory，可編程只讀存儲(chǔ)器 ? CM： Control Matrix，控制矩陣 ? Bit：位 ? Byte：字節(jié) ? Word：字 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 5 主要內(nèi)容 ? 微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式 ? 指令系統(tǒng) ? 控制部件 ? 程序設(shè)計(jì)及執(zhí)行指令的例行程序 ? 微機(jī)功能擴(kuò)展 ? 初級(jí)程序設(shè)計(jì)舉例 ? 現(xiàn)代技術(shù)在微機(jī)中的應(yīng)用 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 6 微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式 ? 微型計(jì)算機(jī)的基本功能 能運(yùn)算、能判別及能決策 。速度快 ? 模型機(jī) ? 簡(jiǎn)化了的微型計(jì)算機(jī) ? 可以根據(jù)模型機(jī)理解各個(gè)基本電路和部件之間的信息流通過(guò)程，指令系統(tǒng)的意義，程序設(shè)計(jì)的步驟，控制部件的功能及其結(jié)構(gòu)，還有控制矩陣產(chǎn)生控制字的過(guò)程等等 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 7 模型機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 功能簡(jiǎn)單：只能做兩個(gè)數(shù)的加減法。 ? 內(nèi)存量小：只有一個(gè) 16 8PROM(可編程序只讀存儲(chǔ)器 )。 ? 字長(zhǎng) 8位：二進(jìn)制 8位顯示。 ? 手動(dòng)輸入：用撥動(dòng)開關(guān)輸入程序和數(shù)據(jù) 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 8 模型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 1 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 9 模型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 2 1. 程序計(jì)數(shù)器 PC 計(jì)數(shù)范圍由 0000～ 1111(0～ F)。 每次運(yùn)行之前，先復(fù)位至 0000。當(dāng)取出一條指令后， PC應(yīng)加 1。 2. 存儲(chǔ)地址寄存器 MAR 接收來(lái)自 PC的二進(jìn)制程序號(hào)，作為地址碼送至 PROM去。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 10 模型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 3 3. 可編程序只讀存儲(chǔ)器 PROM ? 可編程序 ROM，每條橫線與豎線都有一條由開關(guān)和二極管串聯(lián)的電路將它們連接起來(lái)。因此，只要撥動(dòng)開關(guān)，即可使該數(shù)據(jù)位置 1或置 0 ? PROM同時(shí)具有 RAM和 ROM功能。 ? 右圖是 4 4PROM的電路圖 ? 16 8PROM的橫線應(yīng)為 16條(R0～ R15)，豎線為 8條(D7D6… D0) ，地址碼線應(yīng)為 4條(A3A2A1A0) 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 11 模型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 4 ? 4. 指令寄存器 IR IR從 PROM接收指令字 (當(dāng) LI=1， ER=1)，同時(shí)將指令字分送到控制部件 CON和 W總線上去。 指令字是 8位的： MSB LSB 左 4位為最高有效位 (高 4位 )，稱為指令字段； 右 4位為最低有效位 (低 4位 )，稱為地址字段。 ? 5. 控制部件 CON (1) 每次運(yùn)行前， CON先發(fā)出 CLR=1，使有關(guān)的部件清 0。此時(shí)： PC=0000 IR=0000 0000 (2) CON能發(fā)出同步脈沖 CLK到各個(gè)部件去，使它們同步運(yùn)行。 (3) 在 CON中有控制矩陣 CM，能根據(jù) IR送來(lái)的指令發(fā)出 12位的控制字： CON=CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO 根據(jù)控制字中各位的置 1或置 0情況，計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)地按指令程序運(yùn)行 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 12 模型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 5 6. 累加器 A ? 用以儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的中間結(jié)果。它能接收W總線送來(lái)的數(shù)據(jù) (LA=1)，也能將數(shù)據(jù)送到 W總線上去 (EA=1)。它還有一個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，將數(shù)據(jù)送至 ALU去進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。這個(gè)輸出是雙態(tài)的，即是立即地送去，而不受 E門的控制。 7. 算術(shù)邏輯部件 ALU ? 它只是一個(gè)二進(jìn)制補(bǔ)碼加法器／減法器 (參見圖)。 ? 當(dāng) SU=0， ALU，進(jìn)行加法 A+B；當(dāng) SU=1， ALU，進(jìn)行減法 AB，即 (A+B′)。 8. 寄存器 B ? 將要與 A相加減的數(shù)據(jù)暫存于此寄存器。它到 ALU的輸出也是雙態(tài)的，即無(wú) E門控制。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 13 模型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 6 9. 輸出寄存器 O ? 計(jì)算機(jī)運(yùn)行結(jié)束時(shí)，累加器 A中存有答案。如要輸出此答案，就得送入 O。此時(shí) EA=1， LO=1，則O=A。 ? 典型的計(jì)算機(jī)具有若干個(gè)輸出寄存器，稱為輸出接口電路。這樣就可以驅(qū)動(dòng)不同的外圍設(shè)備，如打印機(jī)、顯示器等。 10. 二進(jìn)制顯示器 D ? 這是用發(fā)光二極管 (LED)組成的顯示器。每一個(gè)LED接到寄存器 O的一位上去。當(dāng)某位為高電位時(shí)，則該 LED發(fā)光。因?yàn)榧拇嫫?O是 8位的，所以這里也由 8個(gè) LED組成顯示器。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 14 模型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 7 ? 總體來(lái)說(shuō)，模型機(jī)可以如下劃分 ? 中央處理器 CPU(包括 PC， IR， CON， ALU， A及B)； ? 記憶裝置 M(MAR及 PROM)； ? 輸入／輸出 I／ O接口 (包括 O及 D） 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 15 模型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 8 ? 中央處理器 (central processing unit, CPU) 將程序計(jì)數(shù)功能 (PC)、指令寄存功能 (IR)、控制功能 (CON)、算術(shù)邏輯功能 (ALU)以及暫存中間數(shù)據(jù)功能
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