第3章 微机的基本工作原理 2015.9.ppt

第3章 微机的基本工作原理 一个实际的微机的电路结构是相当复杂的。本章内容将从微机的最基本功能出发来讲解其电路原理，在有限的时间内让同学们建立一个较完整的基本概念。 微机的基本功能可概括为“三能一快”；能运算、能判别、能决策。但所有这些“能”的过程都是建立在“快”的基础上才能有实际意义。 在整个计算机中，信息量是很大的，部件数很多，如何做到各个信息和部件能够“循序渐进、各得其所、有条不紊、快而不乱”？这就是计算机基本工作原理所要解答的问题。 下面将以一个简化了的微机作为分析对象，逐步讲解一般计算机的各个基本功能，从而概括出微机的基本工作原理。在分析讲解过程中，陆续介绍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，控制矩阵产生控制字的过程等，这样可以对微机的基本工作原理有一个比较完整的概念。 3.1、微机结构的简化形式 简化的微机结构如图3-1所示，其硬件结构特点是：功能简单、内存量小、字长8位、手动输入。 图3-2 PROM结构原理图 （5）控制器 其功能： （PC、IR）清零；发出同步脉冲CLK；发出12位控制字CON。 （6）累加器A （7）寄存器B （8）输出寄存器O （9）二进制显示器D 可见结构简单，但为一个可编程计算机的雏形，麻雀虽小，五脏具全。其功能分解为三大部分见图所示。 3.2、指令系统指令系统就是用来编制程序的一个指令集合。 这台微型机有五条指令，即其控制部件能完成一系列例行程序以执行五种命令： LDA——将数据装入累加器A ADD——进行加法运算 SUB——进行减法运算 OUT——输出结果 HLT——停机 这五条指令在一起就称为这台计算机的指令系统。 不同型号的微处理机的指令系统是不同的，指令的条数也不相同，如Z80型的指令系统可达：58条，M6800型有72条，6502型则有56条指令，而Intel 80386则为152条。 例如一个计算程序的格式如下： LDA R9 ；把 R9中的数据存入A ADD RA ；把 RA中的数据与A的相加 ADD RB ；把 RB中的数据与A的相加 ADD RC ；把 RC中的数据与A的相加 SUB RD ；把 A中的数据与RD的相减 OUT ；输出A中的数据，即结果 HLT ；停机 助记符 操作数 ； 注释 这样的格式称为用汇编语言写的汇编语言程序。最左边的符号称为助记符，中间的符号R9、RA……等称为操作数，在“；”之后的称为注释，每一行就是一条指令。 运行结果（A）=（R9） 运行结果（A）=（R9）＋（RA） 运行结果（A）=（R9）+（RA）+（RB） 运行结果（A）=（R9）+（RA）+（RB）+（RC） 运行结果（A）=（R9）+（RA）+（RB）+（RC）-（RD） 运行结果（D）=（A） 运行结果：CLK停止发脉冲 最后一条指令，使时钟脉冲停发，则计算机停止运行，但电源未切断，所以显示器中仍继续显示计算的结果。 3.3、程序设计 1、先要有一个操作码表： 2、存储器资源分配 –共16个存储单元R0～R15，每个单元8位，即内存为16*8 –分成两个部分 ?R0~R7：程序存储区（即指令区） ?R8~R15：数据存储区 3、将源程序翻译成目的程序 4、程序及数据的输入方法 3.4、执行指令的例行程序 执行一条指令的时间为一个机器周期。机器周期又可分为取指周期和执行周期。取指过程和执行过程都得通过不同的机器节拍。在这些节拍内，每个寄存器（PC、MAR、IR、A、B、O等）的内容可能发生变化。 2、取指周期及执行周期 取指周期需要三个机器节拍： (1)地址节拍(T0=1)：PC内容送MAR并到达PROM CON=CPEP LMER LIEILAEA SUEU LBLB = 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (2)储存节拍(T1=1)：PROM指定单元内容送到IR，高四位送控制部件 CON=0001 1000 0000，即ER=1，LI=1 (3)增量节拍(T2=1)：PC+1，指向下一条指令 CON=1000 0000 0000，即C