第3章微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理(編輯修改稿)
2024-11-22 16:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 始工作，即發(fā)出脈沖電壓系列到各個(gè)部件去。 執(zhí)行 LDA 9H 后 A=0001 0000［ 16(10)］ 執(zhí)行 ADD AH 后 A=0010 0100［ 36(10)］ 執(zhí)行 ADD BH 后 A=0011 1100［ 60(10)］ 執(zhí)行 ADD CH 后 A=0101 1000［ 88(10)］ 執(zhí)行 SUB DH 后 A=0011 1000［ 56(10)］ 執(zhí)行 OUT 后 D=0011 1000［ 56(10)］ 執(zhí)行 HLT 后 D=0011 1000(不變 ) 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 24 執(zhí)行指令的例行程序 ? 在程序和數(shù)據(jù)裝入之后，啟動按鈕將啟動信號傳給控制部件 CON，然后控制部件產(chǎn)生控制字，以便取出和執(zhí)行每條指令。 ? 一個(gè)機(jī)器周期 為執(zhí)行一條指令的時(shí)間。機(jī)器周期又可分為取指周期和執(zhí)行周期。取指過程和執(zhí)行過程機(jī)器都得通過不同的機(jī)器節(jié)拍。在這些節(jié)拍內(nèi)，每個(gè)寄存器 (PC， MAR， IR， A， B， O等 )的內(nèi)容可能發(fā)生變化。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 25 執(zhí)行指令的例行程序 2 ? 環(huán)形計(jì)數(shù)器及機(jī)器節(jié)拍 各位輸出端 Q0～ Q5的電位就是機(jī)器節(jié)拍 T0～ T5的電位，由于時(shí)鐘脈沖是經(jīng)過反相器再接到環(huán)形計(jì)數(shù)器 (圖中的“汽泡”表示非門 )的 CLK端的，所以各節(jié)拍之間的轉(zhuǎn)換是在時(shí)鐘脈沖的負(fù)邊緣開始的。 ? 環(huán)形計(jì)數(shù)器的輸出看做是一個(gè)字 T，則： T=T5T4T3T2T1T0 ? 下圖是一個(gè) 6位的環(huán)形字，用以控制 6條電路，使它們依次輪流為高電位， T0， T1， T2， T3， T4和 T5稱為 機(jī)器節(jié)拍 。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 26 執(zhí)行指令的例行程序 3 ? 取指周期 取出指令的過程需要 3個(gè)機(jī)器節(jié)拍，在清零和啟動之后第1個(gè)節(jié)拍為 T0。取指周期，對任何一條指令都是一樣的。因?yàn)槿魏我粭l指令都是沿著這個(gè)程式而將指令取出來，再將其高 4位送入控制部件去進(jìn)行分析，決定下面應(yīng)如何執(zhí)行 – (1) 地址節(jié)拍 (T0=1)在 T0=1時(shí)，應(yīng)將 PC的內(nèi)容 (即第 1個(gè)地址碼 )送入 MAR(并通過 MAR而達(dá)到 PROM)，所以，此時(shí)應(yīng)有： EP=1，即 PC準(zhǔn)備放出數(shù)據(jù) LM=1，即 MAR準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) – (2) 儲存節(jié)拍 (T1=1)在 T1=1時(shí)，應(yīng)將 PROM中由 PC送來的地址碼所指定的存儲單元中的內(nèi)容送到 IR，同時(shí) IR立即將其高 4位送至控制部件。因此，在此節(jié)拍到來之前，即應(yīng)準(zhǔn)備好： ER=1 即 PROM 準(zhǔn)備放出數(shù)據(jù) LI=1 即 IR 準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) – (3) 增量節(jié)拍 (T2=1)在 T2=1時(shí)，應(yīng)使 PC加 1，做好下一條指令的取指準(zhǔn)備。因此， CP=1，即命令 PC計(jì)數(shù)。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 27 執(zhí)行指令的例行程序 4 ? 執(zhí)行周期 也需要 3拍 (T3， T4， T5)，這種程序是由廠家編好了的，所以稱為 例行程序 。以 LDA例行程序 為例，考查一下在此 3節(jié)拍中，各個(gè)寄存器的內(nèi)容應(yīng)有何變化 – (4) T3=1時(shí)， IR已將從 PROM來的指令碼的高 4位送至控制部件進(jìn)行分析。此高 4位是與 LDA相應(yīng)的二進(jìn)制碼“ 0000”，控制部件經(jīng)過分析后就發(fā)出命令： EI=1，將 IR的低 4位送至 W總線； LM=1， MAR接收此低 4位數(shù)作為地址并立即送至 PROM；例題中，送至 PROM的地址就是 R9的二進(jìn)制碼地址 (1001)。也就是說， 第 1次訪問 PROM的是其指令區(qū)，第 2次訪問的是其數(shù)據(jù)區(qū) 。 – (5) T4=1應(yīng)將 PROM的數(shù)據(jù)區(qū)的存儲單元 (如 R9，即 1001)的內(nèi)容送入累加器 A，即： ER=1， PROM準(zhǔn)備放出數(shù)據(jù)； LA=1， A準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)； – (6) T5=1因?yàn)?T4=1時(shí)，已將數(shù)據(jù)存放入 A中，所以， LDA的例行程序就已完成， T5節(jié)拍就變成 空拍 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 28 控制部件 ? 控制部件是使計(jì)算機(jī)能夠成為自動機(jī)的關(guān)鍵部件。它包括下列主要部件： ? 環(huán)形計(jì)數(shù)器 (RC)； ? 指令譯碼器 (ID)； ? 控制矩陣 (CM)； ? 其他控制電路。 ? 環(huán)形計(jì)數(shù)器、指令譯碼器、控制矩陣稱為 控制器 。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 29 指令譯碼器 ? 指令寄存器 IR高 4位被送入控制部件 ? 這高 4位就是各種控制動作的代碼，比如： 0000代表 LDA的控制動作； 0001代表 ADD的控制動作； 0010代表 SUB的控制動作； 1110代表 OUT的控制動作； 1111代表 HLT的控制動作。 ? 一個(gè)控制動作相當(dāng)于一條控制線，就要使該控制線為高電位。 ? 這個(gè)由 4個(gè)位組成的編碼，必須被譯成一個(gè)信號，即譯為某一控制線為高電位，這就是譯碼器的任務(wù)。 譯碼器 可以由與門和非門組成，下圖就是一個(gè) 4位譯碼器。 4位應(yīng)該可以有 16種編碼的可能，由于我們的模擬機(jī)功能簡單，只有 5條指令，所以只要 5個(gè)與門就夠了。 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 30 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 31 控制矩陣 ? 控制矩陣就是要決定控制字的輸出電平高低 ? 一般每一節(jié)拍大都要求兩個(gè)控制字位為高電位，有的可能只有一位為高電位的 (如 CP=1)，也可能是 3位為高電位。 ? 控制矩陣是控制部件的核心部件 ? 下圖是一個(gè)控制矩陣 (CM)電路圖 ? 控制字有 12位，每一指令要執(zhí)行 6拍，每拍均有不同的位為高電位，下圖是本模型機(jī)中控制矩陣的電路圖： 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 32 控制矩陣 202034 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 _宋廷強(qiáng) 33 控制矩陣 2 ? 電路組成 ? 環(huán)形計(jì)數(shù)器 ，使 T0至 T5的 6根橫線輪流為高電位； ? 指令控制信號線 為中間 4根橫線，它們的電位高低由指令譯碼器決定 ? 控制字輸出 CON，最下面部分是由 19個(gè)與門和 6個(gè)或門組成一個(gè)邏輯電路。這個(gè)電路共有 12個(gè)輸出端，就是控制字 CON： CON=CPEPIMERLIEILAEASUEULBLO ?
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