第3章微型計算機的基本工作原理(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 微型計算機原理及應用 _宋廷強 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。 ? 一個機器周期 為執(zhí)行一條指令的時間。機器周期又可分為取指周期和執(zhí)行周期。取指過程和執(zhí)行過程機器都得通過不同的機器節(jié)拍。在這些節(jié)拍內(nèi)，每個寄存器 (PC， MAR， IR， A， B， O等 )的內(nèi)容可能發(fā)生變化。 202034 微型計算機原理及應用 _宋廷強 25 執(zhí)行指令的例行程序 2 ? 環(huán)形計數(shù)器及機器節(jié)拍 各位輸出端 Q0～ Q5的電位就是機器節(jié)拍 T0～ T5的電位，由于時鐘脈沖是經(jīng)過反相器再接到環(huán)形計數(shù)器 (圖中的“汽泡”表示非門 )的 CLK端的，所以各節(jié)拍之間的轉換是在時鐘脈沖的負邊緣開始的。 ? 環(huán)形計數(shù)器的輸出看做是一個字 T，則： T=T5T4T3T2T1T0 ? 下圖是一個 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 機器節(jié)拍 。 202034 微型計算機原理及應用 _宋廷強 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個機器節(jié)拍，在清零和啟動之后第1個節(jié)拍為 T0。取指周期，對任何一條指令都是一樣的。因為任何一條指令都是沿著這個程式而將指令取出來，再將其高 4位送入控制部件去進行分析，決定下面應如何執(zhí)行 – (1) 地址節(jié)拍 (T0=1)在 T0=1時，應將 PC的內(nèi)容 (即第 1個地址碼 )送入 MAR(并通過 MAR而達到 PROM)，所以，此時應有： EP=1，即 PC準備放出數(shù)據(jù) LM=1，即 MAR準備接收數(shù)據(jù) – (2) 儲存節(jié)拍 (T1=1)在 T1=1時，應將 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 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，即應準備好： ER=1 即 PROM 準備放出數(shù)據(jù) LI=1 即 IR 準備接收數(shù)據(jù) – (3) 增量節(jié)拍 (T2=1)在 T2=1時，應使 PC加 1，做好下一條指令的取指準備。因此， CP=1，即命令 PC計數(shù)。 202034 微型計算機原理及應用 _宋廷強 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，各個寄存器的內(nèi)容應有何變化 – (4) T3=1時， IR已將從 PROM來的指令碼的高 4位送至控制部件進行分析。此高 4位是與 LDA相應的二進制碼“ 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準備放出數(shù)據(jù)； LA=1， A準備接收數(shù)據(jù)； – (6) T5=1因為 T4=1時，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 微型計算機原理及應用 _宋廷強 28 控制部件 ? 控制部件是使計算機能夠成為自動機的關鍵部件。它包括下列主要部件： ? 環(huán)形計數(shù)器 (RC)； ? 指令譯碼器 (ID)； ? 控制矩陣 (CM)； ? 其他控制電路。 ? 環(huán)形計數(shù)器、指令譯碼器、控制矩陣稱為 控制器 。 202034 微型計算機原理及應用 _宋廷強 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。 ? 一個控制動作相當于一條控制線，就要使該控制線為高電位。 ? 這個由 4個位組成的編碼，必須被譯成一個信號，即譯為某一控制線為高電位，這就是譯碼器的任務。 譯碼器 可以由與門和非門組成，下圖就是一個 4位譯碼器。 4位應該可以有 16種編碼的可能，由于我們的模擬機功能簡單，只有 5條指令，所以只要 5個與門就夠了。 202034 微型計算機原理及應用 _宋廷強 30 202034 微型計算機原理及應用 _宋廷強 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，下圖是本模型機中控制矩陣的電路圖： 202034 微型計算機原理及應用 _宋廷強 32 控制矩陣 202034 微型計算機原理及應用 _宋廷強 33 控制矩陣 2 ? 電路組成 ? 環(huán)形計數(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個與門和 6個或門組成一個邏輯電路。這個電路共有 12個輸出端，就是控制字 CON： CON=CPEPIMERLIEILAEASUEULBLO ?
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