第3讲微型计算机的基本工作原理.ppt

2004-3-4 微型计算机原理及应用_宋廷强 第3章　微型计算机的基本工作原理 本章教学目的 本章以一个简化了的计算机作为分析对象，逐步讲述一般计算机的各种基本功能，从而概括出微型计算机的基本工作原理。 本章 学习要求 本章 主要外语词汇 PROM：Programmable Read Only Memory，可编程只读存储器 CM：Control Matrix，控制矩阵 Bit：位 Byte：字节 Word：字 主要内容 微型计算机结构的简化形式 指令系统 控制部件 程序设计及执行指令的例行程序 微机功能扩展 初级程序设计举例 现代技术在微机中的应用 3.1 微型计算机结构的简化形式 微型计算机的基本功能 能运算、能判别及能决策;速度快 模型机 简化了的微型计算机 可以根据模型机理解各个基本电路和部件之间的信息流通过程，指令系统的意义，程序设计的步骤，控制部件的功能及其结构，还有控制矩阵产生控制字的过程等等 模型机的结构特点 功能简单：只能做两个数的加减法。 内存量小：只有一个16×8PROM(可编程序只读存储器)。 字长8位：二进制8位显示。 手动输入：用拨动开关输入程序和数据 模型机的硬件结构1 模型机的硬件结构2 1. 程序计数器PC 计数范围由0000～1111(0～F)。 每次运行之前，先复位至0000。当取出一条指令后，PC应加1。 2. 存储地址寄存器MAR 接收来自PC的二进制程序号，作为地址码送至PROM去。 模型机的硬件结构3 模型机的硬件结构4 4. 指令寄存器IR IR从PROM接收指令字(当LI=1，ER=1)，同时将指令字分送到控制部件CON和W总线上去。 指令字是8位的：　　　××××　　×××× 　　 　MSB　　　　LSB 左4位为最高有效位(高4位)，称为指令字段； 右4位为最低有效位(低4位)，称为地址字段。 5. 控制部件CON (1) 每次运行前，CON先发出CLR=1，使有关的部件清0。此时： 　　　　　　　PC=0000 　IR=0000　0000 (2) CON能发出同步脉冲CLK到各个部件去，使它们同步运行。 (3) 在CON中有控制矩阵CM，能根据IR送来的指令发出12位的控制字：　　CON=CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO 根据控制字中各位的置1或置0情况，计算机就能自动地按指令程序运行 模型机的硬件结构5 6. 累加器A 用以储存计算机运行期间的中间结果。它能接收W总线送来的数据(LA=1)，也能将数据送到W总线上去(EA=1)。它还有一个数据输出端，将数据送至ALU去进行算术运算。这个输出是双态的，即是立即地送去，而不受E门的控制。 7. 算术逻辑部件ALU 它只是一个二进制补码加法器／减法器(参见图1.9)。 当SU=0，ALU，进行加法A+B；当SU=1，ALU，进行减法A-B，即(A+B′)。 8. 寄存器B 将要与A相加减的数据暂存于此寄存器。它到ALU的输出也是双态的，即无E门控制。 模型机的硬件结构6 9. 输出寄存器O 计算机运行结束时，累加器A中存有答案。如要输出此答案，就得送入O。此时EA=1，LO=1，则O=A。 典型的计算机具有若干个输出寄存器，称为输出接口电路。这样就可以驱动不同的外围设备，如打印机、显示器等。 10. 二进制显示器D 这是用发光二极管(LED)组成的显示器。每一个LED接到寄存器O的一位上去。当某位为高电位时，则该LED发光。因为寄存器O是8位的，所以这里也由8个LED组成显示器。 模型机的硬件结构7 总体来说，模型机可以如下划分 中央处理器CPU(包括PC，IR，CON，ALU，A及B)； 记忆装置M(MAR及PROM)； 输入／输出I／O接口(包括O及D） 模型机的硬件结构8 中央处理器(central processing unit, CPU) 将程序计数功能(PC)、指令寄存功能(IR)、控制功能(CON)、算术逻辑功能(ALU)以及暂存中间数据功能(A及B)集成在一块电路器件上的集成电路(IC)。 存储器M(memory) 此图例中只包括存储地址寄存器(MAR)及可编程存储器(实际还包括了地址译码功能)，这就是微型计算机的“内存”。实际的“内存”要包括更多的内容(如ROM，RAM及EPROM等)和更大的存储容量。 输入及输出接口(I／O) 是计算机实行人机对话的重要部件。实际微型计算机的输入设备多为键盘，输出则为监视器(即电视屏显示器)，因而必须有专用的输出接口电路。 3.2 指令系统 指令系统就是用来编制计算程序的一个指令集合 微型机有5条指令 LDA——将数据装入累加器A； ADD——进