数字电子技术：基本组成电路.ppt

2004-2 微型计算机原理及应用_宋廷强 　第2章　微型计算机的基本组成电路 本章教学目的 通过回顾计算机基本组成电路，引出微机中最常用的部件名称，并掌握其工作原理，包括ALU、触发器、寄存器、存储器和总线结构等，使学生理解数据的存储与流通的原理。 本章 学习要求 本章 主要外语词汇 ALU ：Arithmetic Logical Unit，算数逻辑部件 Register：寄存器 Memory：存储器 RAM：Random Access Memory,随机存储器 ROM：Read Only Memory，只读存储器 MDR：Memory Data Register，存储器数据寄存器 MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存器 主要内容 ALU、触发器、寄存器 三态电路、总线结构 存储器 2.1 算术逻辑部件ALU 主要功能 2.2 触发器 触发器(trigger)是计算机的记忆装置的基本单元，也可说是记忆细胞。触发器可以组成寄存器，寄存器又可以组成存储器。寄存器和存储器统称为计算机的记忆装置。 微型计算机所用触发器一般用晶体管元件而不用磁性元件。这是因为晶体管元件可以制成大规模的集成电路，体积可以更小些。 下面简要介绍RS触发器、D触发器和JK触发器 2.2.1 RS触发器 时标RS触发器——为了使触发器在整个机器中能和其他部件协调工作，RS触发器经常有外加的时标脉冲。 2.2.2 D触发器 RS触发器有两个输入端S和R。为了存储一个高电位，就需要一个高电位输入的S端；为了存储一个低电位，就需要另一个高电位输入的R端。不方便。 为了使计算机的动作整齐划一，总是想由时标CLK来指挥整个机器的行动，采用时标边缘触发的方式就可以得到准确划一的动作。 在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置位(即置1)或清除(即置0)，而与时标脉冲以及D输入端信号无关，这就是所谓预置和清除。 2.2.3 JK触发器 在RS触发器前面增加两个与门，并从输出(Q和Q)到输入(与门的输入端)作交叉反馈，即可得到JK触发器。 JK触发器的符号 2.3 寄存器 寄存器(register)是由触发器组成的。一个触发器就是一个一位寄存器。由多个触发器可以组成一个多位寄存器。 2.3.1 缓冲寄存器 普通寄存器是寄存平时处理的数据用的，可以加快计算机的处理问题的速度；而缓冲寄存器是用于两个速度不匹配的单位之间的，作用是对高速度设备进行数据缓冲，防止低速度设备来不及处理而丢失数据。 缓冲最常见的地方就是网络了，你听音乐，特别是看在线视频，就需要缓冲。 2.3.1 缓冲寄存器 其基本工作原理为：设有一个二进制数，共有4位数： X=X3X2X1X0 上述缓冲寄存器的数据X输入到Q只是受CLK的节拍管理，即只要一将X各位加到寄存器各位的D输入端，时标节拍一到，就会立即送到Q去。有时想让其中的数据多留一些时间，但由于不可控之故，在CLK正前沿一到就会立即被来到门口的数据X替代掉。 在X0端送入数据(0或1)后， 如LOAD端(以下简称为L端)为低电位，则右边的与门被阻塞，X0过不去，而原来已存在此位中的数据由Q0送至左边的与门。此与门的另一端输入从非门引来的与L端反相的电平，即高电位。所以Q0的数据可以通过左边的与门，再经或门而送达D0端。这就形成自锁，即既存的数据能够可靠地存在其中而不会丢失。 上面的门电路称作“L门” ：高电平时使数据装入，低电平时数据自锁在其中。 可控缓冲寄存器的符号 74LS244 典型芯片介绍 总线驱动器 通常说计算机有地址、数据、控制三总线，由于总线上需要驱动的负载多，CPU是大规模集成电路，不具备功率驱动能力，总线驱动器的作用就是提供功率驱动，第二个原因是，CPU总线常常是分时复用总线，就是说在不同的时段，管脚上出现的信号功能不同，需要锁存器存储并分离信号，总线驱动器起锁存器的作用 Intel 8286 8位双向缓冲器 双向数据收发器 控制端连接在一起， 低电平有效 可以双向导通 输出与输入同相 2.3.2 移位寄存器 移位寄存器(shifting register)能将其所存储的数据逐位向左或向右移动，以达到计算机在运行过程中所需的功能，例如用来判断最左边的位是0或1等。电路原理图如图2.16所示。 CLK前沿未到　 Q=Q3Q2Q1Q0=0000 和缓冲寄存器一样，在整机运行中，移位寄存器也需要另有控制电路，以保证其在适当时机才参与协调工作。这个电路和图2.13一样，只要在每一位电路上增加一个LOAD门(L门)即可达到控制的目的。 2.3.3 计数器 计数器(counter)是由若干个触发器组成的寄存器，计数器也是一种寄存器 行波