1、第第2章章微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路本章教學(xué)目的n通過回顧計(jì)算機(jī)基本組成電路，引出微機(jī)中最常用的部件名稱，并掌握其工作原理，包括ALU、觸發(fā)器、寄存器、存儲器和總線結(jié)構(gòu)等，使學(xué)生理解數(shù)據(jù)的存儲與流通的原理。本章 學(xué)習(xí)要求1.掌握掌握p算術(shù)邏輯單元、觸發(fā)器、寄存器、存儲器、總線結(jié)構(gòu)算術(shù)邏輯單元、觸發(fā)器、寄存器、存儲器、總線結(jié)構(gòu)p存儲器的類型及性能指標(biāo)存儲器的類型及性能指標(biāo)p隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器RAM的結(jié)構(gòu)原理的結(jié)構(gòu)原理(SRAM,DRAM)，只讀存儲器，只讀存儲器 ROM的結(jié)構(gòu)原理（的結(jié)構(gòu)原理（PROM,EPROM,EPROM）。）。 2.理解理解p控制字控制字、數(shù)據(jù)存儲、

2、數(shù)據(jù)流通的原理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)流通的原理(難點(diǎn)難點(diǎn))；p典型芯片的引腳及存儲器容量的擴(kuò)展典型芯片的引腳及存儲器容量的擴(kuò)展 本章 主要外語詞匯nALU ：Arithmetic Logical Unit，算術(shù)邏輯部件nRegister：寄存器nMemory：存儲器nRAM：Random Access Memory,隨機(jī)存儲器nROM：Read Only Memory，只讀存儲器nMDR：Memory Data Register，存儲器數(shù)據(jù)寄存器nMAR：Memory Address Register，存儲器地址寄存器主要內(nèi)容nALUALU、觸發(fā)器、寄存器、觸發(fā)器、寄存器n三態(tài)電路、總線結(jié)構(gòu)三態(tài)電路

3、、總線結(jié)構(gòu)n存儲器存儲器2.1 算術(shù)邏輯部件ALUn主要功能主要功能: :完成邏輯運(yùn)算完成邏輯運(yùn)算( (布爾代數(shù)布爾代數(shù)) )n符號符號2.2 觸發(fā)器n觸發(fā)器(trigger)是計(jì)算機(jī)的記憶裝置的基本單元，也可說是記憶細(xì)胞。觸發(fā)器可以組成寄觸發(fā)器可以組成寄存器，寄存器又可以組成存儲器。寄存器和存存器，寄存器又可以組成存儲器。寄存器和存儲器統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)的記憶裝置。儲器統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)的記憶裝置。n微型計(jì)算機(jī)所用觸發(fā)器一般用晶體管元件而不用磁性元件。這是因?yàn)榫w管元件可以制成大規(guī)模的集成電路，體積可以更小些。n下面簡要介紹RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器2.2.1 RS觸發(fā)器S端一般稱為置位端，使Q=

4、1(Q=0)R端一般稱為復(fù)位端，使Q=0(Q=1)圖圖2.3 RS觸發(fā)器的符號觸發(fā)器的符號時(shí)標(biāo)時(shí)標(biāo)RS觸發(fā)器觸發(fā)器為了使觸發(fā)器在整個(gè)機(jī)器中能和其他部件協(xié)調(diào)工作，RS觸發(fā)器經(jīng)常有外加的時(shí)標(biāo)脈沖。CLK為時(shí)標(biāo)脈沖。無論是置位還是復(fù)位，都必須在時(shí)標(biāo)脈沖無論是置位還是復(fù)位，都必須在時(shí)標(biāo)脈沖此端為高電位時(shí)才能進(jìn)行此端為高電位時(shí)才能進(jìn)行。2.2.2 D觸發(fā)器nRS觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端S和R。為了存儲一個(gè)高電位，就需要一個(gè)高電位輸入的S端；為了存儲一個(gè)低電位，就需要另一個(gè)高電位輸入的R端。不方便。不方便。nD觸發(fā)器是在觸發(fā)器是在RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上引伸出來的，它只需觸發(fā)器的基礎(chǔ)上引伸出來的，它只需一個(gè)輸入端口。

5、一個(gè)輸入端口。(方向輸出方向輸出,無不定狀態(tài)無不定狀態(tài))時(shí)標(biāo)時(shí)標(biāo)D觸發(fā)器觸發(fā)器時(shí)標(biāo)脈沖時(shí)標(biāo)脈沖CLK一般都是方波，一般都是方波，在在CLK處于正半周處于正半周內(nèi)的任何瞬間，觸發(fā)器都有動作的可能，并不能保內(nèi)的任何瞬間，觸發(fā)器都有動作的可能，并不能保證時(shí)序電路動作一致性證時(shí)序電路動作一致性。邊緣觸發(fā)的邊緣觸發(fā)的D觸發(fā)器觸發(fā)器 為了使計(jì)算機(jī)的動作整齊劃一，總是想由時(shí)標(biāo)CLK來指揮整個(gè)機(jī)器的行動，采用時(shí)標(biāo)邊緣觸發(fā)的方式就可以得到準(zhǔn)確劃一的動作。 在一些電路中，有時(shí)需要預(yù)先給某個(gè)觸發(fā)器置位預(yù)先給某個(gè)觸發(fā)器置位(即置即置1)或清除或清除(即置即置0)，而與時(shí)標(biāo)脈沖以及，而與時(shí)標(biāo)脈沖以及D輸入端信號無關(guān)輸入

6、端信號無關(guān)，這就是所謂預(yù)置和清除。觸發(fā)器的預(yù)置和清除觸發(fā)器的預(yù)置和清除邊緣觸發(fā)的邊緣觸發(fā)的D觸發(fā)器在計(jì)算機(jī)中常用的符號。觸發(fā)器在計(jì)算機(jī)中常用的符號。2.2.3 JK觸發(fā)器n在RS觸發(fā)器前面增加兩個(gè)與非兩個(gè)與非門門，并從輸出(Q和Q)到輸入(與門的輸入端)作交叉反饋，即可得到JK觸發(fā)器。nJK觸發(fā)器是組成計(jì)數(shù)器的 理想記憶元件。圖圖2.10 JK觸發(fā)器觸發(fā)器 J K Q 動作動作 0 0 保持原狀保持原狀 自鎖狀態(tài)自鎖狀態(tài) 0 1 0 復(fù)位復(fù)位 1 0 1 置位置位 1 1 原狀態(tài)的反碼原狀態(tài)的反碼 翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)JK觸發(fā)器的工作過程觸發(fā)器的工作過程(1) 當(dāng)當(dāng)J=0，K=0，觸發(fā)器保持閉鎖狀態(tài)。，觸

7、發(fā)器保持閉鎖狀態(tài)。(2) J=0，K=1，觸發(fā)器仍處于復(fù)位狀態(tài)，觸發(fā)器仍處于復(fù)位狀態(tài)(Q=0，Q=1)。(3) J=1，K=0，觸發(fā)器就仍處于置位狀態(tài)，觸發(fā)器就仍處于置位狀態(tài)(Q=1，Q=0)。(4) J=1，K=1，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)JK觸發(fā)器的符號觸發(fā)器的符號2.3 寄存器n寄存器寄存器(register)是由觸發(fā)器組成的。是由觸發(fā)器組成的。一個(gè)觸發(fā)一個(gè)觸發(fā)器就是一個(gè)一位寄存器器就是一個(gè)一位寄存器。由多個(gè)觸發(fā)器可以組成。由多個(gè)觸發(fā)器可以組成一個(gè)多位寄存器。一個(gè)多位寄存器。n計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)，會按二進(jìn)制數(shù)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)，會按二進(jìn)制數(shù) 的規(guī)律的規(guī)律累計(jì)脈沖數(shù)累計(jì)脈沖數(shù)；n

8、 常見的寄存器有：n緩沖寄存器緩沖寄存器用以用以暫存數(shù)據(jù)暫存數(shù)據(jù)；n移位寄存器移位寄存器能夠?qū)⑵淠軌驅(qū)⑵渌娴臄?shù)據(jù)一位一位地所存的數(shù)據(jù)一位一位地 向左或向右移向左或向右移；n累加器累加器用以用以暫存暫存每次在每次在ALU中計(jì)算的中間結(jié)果。中計(jì)算的中間結(jié)果。2.3.1 緩沖寄存器n其基本工作原理為：設(shè)有一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，共有4位數(shù)： X=X3X2X1X0n要存到這個(gè)緩沖寄存器(buffer)中去，此寄存器是由4個(gè)D觸發(fā)器組成的。n將數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)X裝到寄存器中去的過程裝到寄存器中去的過程上述緩沖寄存器的數(shù)據(jù)上述緩沖寄存器的數(shù)據(jù)X輸入到輸入到Q只是受只是受CLK的節(jié)拍管理，的節(jié)拍管理，即只要一將即只要一將

9、X各位加到寄存器各位的各位加到寄存器各位的D輸入端，時(shí)標(biāo)節(jié)拍輸入端，時(shí)標(biāo)節(jié)拍一到，就會立即送到一到，就會立即送到Q去。去。有時(shí)想讓其中的數(shù)據(jù)多留一些有時(shí)想讓其中的數(shù)據(jù)多留一些時(shí)間，但由于不可控之故，在時(shí)間，但由于不可控之故，在CLK正前沿一到就會立即被正前沿一到就會立即被來到門口的數(shù)據(jù)來到門口的數(shù)據(jù)X替代掉。替代掉?？煽鼐彌_寄存器可控緩沖寄存器自鎖(LOAD=0)和裝入(LOAD=1) 在在X0端送入數(shù)據(jù)端送入數(shù)據(jù)(0或或1)后，后，如如LOAD端端(以下簡稱為以下簡稱為L端端)為低電位，則右邊的與門被阻塞，為低電位，則右邊的與門被阻塞，X0過不去，而原來已存在此位中的數(shù)據(jù)由過不去，而原來已存

10、在此位中的數(shù)據(jù)由Q0送至左邊的與門。此與送至左邊的與門。此與門的另一端輸入從非門引來的與門的另一端輸入從非門引來的與L端反相的電平，即高電位。所以端反相的電平，即高電位。所以Q0的數(shù)據(jù)可以通過左邊的與門，再經(jīng)或門而送達(dá)的數(shù)據(jù)可以通過左邊的與門，再經(jīng)或門而送達(dá)D0端。這就形成端。這就形成自鎖，即既存的數(shù)據(jù)能夠可靠地存在其中而不會丟失。自鎖，即既存的數(shù)據(jù)能夠可靠地存在其中而不會丟失。LOAD門工作原理：門工作原理：如如L端為高電位，則左邊與門被阻塞而右邊與門可讓端為高電位，則左邊與門被阻塞而右邊與門可讓X0通通過，這樣過，這樣Q0的既存數(shù)據(jù)不再受到自鎖，而的既存數(shù)據(jù)不再受到自鎖，而X0可以到達(dá)可以

11、到達(dá)D0端。端。只要只要CLK的正前沿一到達(dá)，的正前沿一到達(dá)，X0即被送到即被送到Q0去，這時(shí)就叫做去，這時(shí)就叫做裝入裝入(LOAD)。一旦裝入之后，。一旦裝入之后，L端又降至低電平，則利用端又降至低電平，則利用左邊的與門，左邊的與門，X0就能自鎖而穩(wěn)定地存在就能自鎖而穩(wěn)定地存在Q0中。中。上面的門電路稱作“L門” ：高電平時(shí)使數(shù)據(jù)裝高電平時(shí)使數(shù)據(jù)裝入，低電平時(shí)數(shù)據(jù)自鎖在其中。入，低電平時(shí)數(shù)據(jù)自鎖在其中。對于多位的寄存器，每位各加一套L門電路?？煽鼐彌_寄存器的符號可控緩沖寄存器的符號2.3.2 移位寄存器n移位寄存器移位寄存器(shifting register)能將能將其所存儲的數(shù)據(jù)逐位向左

12、或向右移動其所存儲的數(shù)據(jù)逐位向左或向右移動，以達(dá)到計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中所需的功以達(dá)到計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中所需的功能，例如用來判斷能，例如用來判斷最左邊的位是最左邊的位是0或或1等等。電路原理圖如圖。電路原理圖如圖2.16所示。所示。圖圖2.16 移位寄存器簡化原理移位寄存器簡化原理CLK前沿未到 Q=Q3Q2Q1Q0=0000左移寄存器的左移過程：左移寄存器的左移過程：第1前沿來到Q=0001第2前沿來到Q=0011第3前沿來到Q=0111第4前沿來到Q=1111第5前沿來到，如此時(shí)Din仍為1，則Q不變，仍為1111。和緩沖寄存器一樣，在整機(jī)運(yùn)行中，移位寄存器和緩沖寄存器一樣，在整機(jī)運(yùn)行中，移位

13、寄存器也需要另有控制電路，以保證其在適當(dāng)時(shí)機(jī)才參也需要另有控制電路，以保證其在適當(dāng)時(shí)機(jī)才參與協(xié)調(diào)工作。這個(gè)電路和圖與協(xié)調(diào)工作。這個(gè)電路和圖2.13一樣，只要在每一樣，只要在每一位電路上一位電路上增加一個(gè)增加一個(gè)LOAD門門(L門門)即可達(dá)到控制即可達(dá)到控制的目的。的目的。可控移位寄存器可控移位寄存器SHL左移左移(shift to the left)SHR右移右移(shift to the right)2.3.3 計(jì)數(shù)器n計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(counter)是由是由若干個(gè)觸發(fā)器若干個(gè)觸發(fā)器組成的寄組成的寄存器，計(jì)數(shù)器也是一種寄存器存器，計(jì)數(shù)器也是一種寄存器n行波計(jì)數(shù)器行波計(jì)數(shù)器n同步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器

14、n環(huán)形計(jì)數(shù)器環(huán)形計(jì)數(shù)器n程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器特點(diǎn)：能夠把存儲在其中的數(shù)字加特點(diǎn)：能夠把存儲在其中的數(shù)字加1。主要計(jì)數(shù)器有：主要計(jì)數(shù)器有：行波計(jì)數(shù)器n第第1個(gè)時(shí)鐘脈沖促使其最低有效位個(gè)時(shí)鐘脈沖促使其最低有效位(least significant bit,LSB)加加1，由，由0變變1。第。第2個(gè)個(gè)時(shí)鐘脈沖促使最低有效位由時(shí)鐘脈沖促使最低有效位由1變變0，同時(shí)推，同時(shí)推動第動第2位，使其由位，使其由0變變1。同理，第。同理，第2位由位由1變變0時(shí)又去推動第時(shí)又去推動第3位，使其由位，使其由0變變1，這樣，這樣有如有如水波前進(jìn)水波前進(jìn)一樣逐位進(jìn)位下去。一樣逐位進(jìn)位下去。行波計(jì)數(shù)器例：下圖采用JK觸發(fā)

15、器組成行波計(jì)數(shù)器工作原理n J，K輸入端都是懸浮，各位都處于準(zhǔn)備翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)n 時(shí)鐘脈沖邊緣（下降沿）一到，最右邊的觸發(fā)器就會翻轉(zhuǎn) 初值初值Q=Q3Q2Q1Q0=0000 第第1時(shí)鐘后沿到時(shí)鐘后沿到Q=0001 第第2時(shí)鐘后沿到時(shí)鐘后沿到Q=0010 第第3時(shí)鐘后沿到時(shí)鐘后沿到Q=0011 第第4時(shí)鐘后沿到時(shí)鐘后沿到Q=0100 第第15時(shí)鐘后沿到時(shí)鐘后沿到Q=1111 第第16時(shí)鐘后沿到時(shí)鐘后沿到Q=00001 0行波計(jì)數(shù)器圖圖2.19 可控計(jì)數(shù)器原理可控計(jì)數(shù)器原理n可控計(jì)數(shù)器n增加計(jì)數(shù)控制端COUNTn當(dāng)COUNT為高電位時(shí)，JK觸發(fā)器才可能翻轉(zhuǎn)；當(dāng)COUNT為低電位時(shí)就不可能翻轉(zhuǎn)。環(huán)形計(jì)數(shù)

16、器環(huán)形計(jì)數(shù)器n一般用于發(fā)出一般用于發(fā)出順序控制信號順序控制信號，在計(jì)算機(jī)控，在計(jì)算機(jī)控制器中是一個(gè)很重要的部件制器中是一個(gè)很重要的部件圖圖2.21 環(huán)形計(jì)數(shù)器的電路原理環(huán)形計(jì)數(shù)器的電路原理n環(huán)形計(jì)數(shù)器只有環(huán)形計(jì)數(shù)器只有一個(gè)高電位，其它位都為一個(gè)高電位，其它位都為0PR環(huán)形計(jì)數(shù)器n當(dāng)CLR端有高電位輸入時(shí)，除右邊第1位(LSB)外，其他各位全被置0(因清除電位CLR都接至它們的CLR端)，而右邊第1位則被置1(因清除電位CLR被引至其PR端)。 即開始時(shí)， Q3 Q2 Q1Q0 =0001n第一個(gè)時(shí)鐘脈沖正邊緣來到時(shí)， Q3 Q2 Q1Q0 =0010n第2個(gè)時(shí)鐘脈沖前沿來到時(shí)， Q3 Q2 Q

17、1Q0 =0100n第3個(gè)時(shí)鐘脈沖前沿來到時(shí)， Q3 Q2 Q1Q0 =1000圖圖2.22 環(huán)形計(jì)數(shù)器的符號環(huán)形計(jì)數(shù)器的符號環(huán)形計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器n可以從可以從0開始計(jì)數(shù)，也可以將外來的數(shù)裝入開始計(jì)數(shù)，也可以將外來的數(shù)裝入其中，其中，需要需要COUNT輸入端和輸入端和LOAD門門圖圖2.23 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器n 是一種行波計(jì)數(shù)器是一種行波計(jì)數(shù)器2.3.4 累加器n累加器除了能裝入及輸出數(shù)累加器除了能裝入及輸出數(shù)據(jù)外，還能使存儲其中的數(shù)據(jù)外，還能使存儲其中的數(shù)據(jù)左移或右移，所以它又是據(jù)左移或右移，所以它又是一種一種移位寄存器移位寄存器。圖圖2.24 累加器的符號累加器的符號n累加器也是一個(gè)由

18、累加器也是一個(gè)由多個(gè)觸發(fā)器多個(gè)觸發(fā)器組成的組成的多位寄存器多位寄存器，作為，作為ALU運(yùn)運(yùn)算過程的代數(shù)和的臨時(shí)存儲處。算過程的代數(shù)和的臨時(shí)存儲處。在微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理中擔(dān)負(fù)在微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理中擔(dān)負(fù)著重要的任務(wù)。著重要的任務(wù)。2.4 三態(tài)輸出電路n三態(tài)輸出電路可以由三態(tài)輸出電路可以由兩個(gè)或非兩個(gè)或非門和兩個(gè)門和兩個(gè)NMOS晶體管晶體管(T1，T2)及一個(gè)非門組成及一個(gè)非門組成n三態(tài)輸出電路，又稱三態(tài)門三態(tài)輸出電路，又稱三態(tài)門n 三態(tài)門具有三態(tài)門具有單向?qū)ê腿龖B(tài)單向?qū)ê腿龖B(tài)的特性的特性n為了使一條信號傳輸線能與為了使一條信號傳輸線能與多個(gè)觸發(fā)器接通多個(gè)觸發(fā)器接通三態(tài)輸出電路工作原理工作原

19、理n當(dāng)當(dāng)ENABLE(選通端選通端)為高電位時(shí)，兩個(gè)或?yàn)楦唠娢粫r(shí)，兩個(gè)或非門的輸出狀態(tài)將由于非門的輸出狀態(tài)將由于A端的電位來決定。端的電位來決定。n這就是說，在選通端這就是說，在選通端(E端端)為為低電位時(shí)，低電位時(shí)，A端和端和B端是不相通端是不相通的，即它們之間存在著高阻狀的，即它們之間存在著高阻狀態(tài)。態(tài)。n當(dāng)選通端當(dāng)選通端E為低電位時(shí)，通過非門加至兩個(gè)為低電位時(shí)，通過非門加至兩個(gè)或非門的將為高電位。此時(shí)，無論或非門的將為高電位。此時(shí)，無論A為高或?yàn)楦呋虻碗娢?，低電位，兩個(gè)或非門的輸出都是低電位，即兩個(gè)或非門的輸出都是低電位，即G1與與G2都是低電位。都是低電位。所以所以T1和和T2同時(shí)都是

20、同時(shí)都是截止?fàn)顟B(tài)。截止?fàn)顟B(tài)。三態(tài)輸出電路n對于本例中的三態(tài)門可以用下面兩句概括：對于本例中的三態(tài)門可以用下面兩句概括：nE為低平時(shí)：為低平時(shí)：輸出為高阻抗（三態(tài)）輸出為高阻抗（三態(tài)）nE為高電平時(shí)：為高電平時(shí)：輸出等于輸入輸出等于輸入n其他幾種三態(tài)門的表示74LS244 典型芯片介紹典型芯片介紹雙雙4位單向緩沖器位單向緩沖器 分成分成4位的兩組位的兩組 每組的控制端連接每組的控制端連接在一起在一起 控制端低電平有效控制端低電平有效 輸出與輸入同相輸出與輸入同相三態(tài)輸出電路5nA為某個(gè)電路裝置的輸出端，為某個(gè)電路裝置的輸出端，C為其輸入端。為其輸入端。n當(dāng)當(dāng)EOUT=1時(shí)，時(shí)，B=A，即信息，即

21、信息由左向右傳輸；由左向右傳輸；nEIN=1時(shí)，時(shí)，C=B，即信息由，即信息由右向左傳輸。右向左傳輸。n雙向三態(tài)輸出雙向三態(tài)輸出n由兩個(gè)單向三態(tài)輸出電路來由兩個(gè)單向三態(tài)輸出電路來組成組成74LS245 8位雙向緩沖器位雙向緩沖器n控制端連接在一起，控制端連接在一起，低電平有效低電平有效n可以雙向?qū)梢噪p向?qū)╪輸出與輸入同相輸出與輸入同相E0，導(dǎo)通，導(dǎo)通 DIR1 AB DIR0 ABE1，不導(dǎo)通，不導(dǎo)通Intel 8286 8位雙向緩沖器位雙向緩沖器n控制端連接在一起， 低電平有效n可以雙向?qū)╪輸出與輸入同相OE0，導(dǎo)通，導(dǎo)通 T1 AB T0 ABOE1，不導(dǎo)通，不導(dǎo)通2.5 總線結(jié)構(gòu)

22、 片內(nèi)總線、內(nèi)部總線片內(nèi)總線、內(nèi)部總線、外部總線、外部總線 數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線 總線時(shí)鐘頻率、總線寬度、總線傳輸速率總線時(shí)鐘頻率、總線寬度、總線傳輸速率 機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范、功能結(jié)構(gòu)規(guī)范、電氣規(guī)范機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范、功能結(jié)構(gòu)規(guī)范、電氣規(guī)范總線結(jié)構(gòu)n控制器決定控制字中各位的電平高低決定控制字中各位的電平高低nA，B，C和D 為 4個(gè)寄存器，數(shù)據(jù)位數(shù)為4位n控制字 將各個(gè)寄存器的將各個(gè)寄存器的L門和門和E門按次門按次序排成一列，序排成一列，則可稱其為控制字CON：CON=LAEALBEBLCECLDED由控制器發(fā)出的控制總線，能將控由控制器發(fā)出的控制總線，能將控制字各位分

23、別送至各個(gè)寄存器制字各位分別送至各個(gè)寄存器用一條粗線表示總線，右圖有兩條用一條粗線表示總線，右圖有兩條總線，控制總線和數(shù)據(jù)總線總線，控制總線和數(shù)據(jù)總線控制字控制字CON 信息流通信息流通 La Ea Lb Eb Lc Ec Ld Ed 1 0 0 1 0 0 0 0 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由B-A0 1 1 0 0 0 0 0 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由A-B0 1 0 0 1 0 0 0 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由A-C0 1 0 0 0 0 1 0 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由A-D0 0 1 0 0 0 0 1 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由D-B1 0 0 0 0 1 0 0 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由C-A2.6 存儲器主要內(nèi)容：n 存儲器的概念、分類和要素n 只讀存儲

24、器（ROM）n 隨機(jī)讀寫存儲器（RAM）n CPU與存儲器的連接及存儲器的擴(kuò)展 n存儲器就是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的，程序和數(shù)據(jù)都是存儲器就是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的，程序和數(shù)據(jù)都是信息的表現(xiàn)形式。按照信息的表現(xiàn)形式。按照存取速度和用途存取速度和用途可把存儲器分可把存儲器分為兩大類：為兩大類：內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存，又稱主存儲器）和內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存，又稱主存儲器）和外存儲器外存儲器。存儲器的容量越大，記憶的信息也就越多，。存儲器的容量越大，記憶的信息也就越多，計(jì)算機(jī)的功能也就越強(qiáng)。計(jì)算機(jī)的功能也就越強(qiáng)。n存儲器存儲器(memory)是計(jì)算機(jī)的主要組成部分。它既可是計(jì)算機(jī)的主要組成部分。它既可用來存儲數(shù)據(jù)

25、，也可用以存放計(jì)算機(jī)的運(yùn)算程序。存儲用來存儲數(shù)據(jù)，也可用以存放計(jì)算機(jī)的運(yùn)算程序。存儲器由寄存器組成，可以看做一個(gè)寄存器堆，器由寄存器組成，可以看做一個(gè)寄存器堆，每個(gè)存儲單每個(gè)存儲單元實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)緩沖寄存器元實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)緩沖寄存器。0000H 0001H 0002H XXXXH 讀寫控制總線 數(shù)據(jù)總線 地址譯碼器 地址 內(nèi)容 地址總線 存儲器的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖存儲器的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖地地址址寄寄存存地地址址譯譯碼碼存儲體存儲體控制電路控制電路AB數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)寄寄存存讀讀寫寫電電路路DBOE WE CS 存儲體存儲體 存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息 地址譯碼電

26、路地址譯碼電路 根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個(gè)特定的存儲單元根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個(gè)特定的存儲單元 片選和讀寫控制邏輯片選和讀寫控制邏輯 選中存儲芯片，控制讀寫操作選中存儲芯片，控制讀寫操作 存儲體n每個(gè)存儲單元具有一個(gè)唯一的地址，可每個(gè)存儲單元具有一個(gè)唯一的地址，可存儲存儲1位（位（位片結(jié)構(gòu)位片結(jié)構(gòu)）或多位（）或多位（字片結(jié)字片結(jié)構(gòu)構(gòu)）二進(jìn)制數(shù)據(jù)）二進(jìn)制數(shù)據(jù)n存儲容量與地址、數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)有關(guān)：存儲容量與地址、數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)有關(guān)： 芯片的存儲容量芯片的存儲容量2MN存儲單元數(shù)存儲單元數(shù)存儲單元的位數(shù)存儲單元的位數(shù) M：芯片的：芯片的地址線根數(shù)地址線根數(shù) N：芯片的：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)數(shù)據(jù)

27、線根數(shù) 地址譯碼電路譯譯碼碼器器A5A4A3A2A1A06301存儲單元存儲單元64個(gè)單元個(gè)單元行行譯譯碼碼A2A1A0710列譯碼列譯碼A3A4A501764個(gè)單元個(gè)單元單譯碼雙譯碼 片選和讀寫控制邏輯n片選端片選端CS或或CEn有效時(shí)，可以對該芯片進(jìn)行讀寫操作n輸出輸出OEn控制讀操作。有效時(shí)，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出n該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線n寫寫WEn控制寫操作。有效時(shí)，數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片中n該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的寫控制線半導(dǎo)體存儲器的分類：n按制造工藝n雙極型：速度快、集成度低、功耗大nMOS型：速度慢、集成度高、功耗低n按使用屬性n隨機(jī)存取存儲器RAM：可讀可寫、斷電丟失n只讀存儲器ROM：正常只讀

28、、斷電不丟失2ROM的種類：的種類：1）掩膜）掩膜ROM；2）可編程）可編程的只讀存儲器的只讀存儲器PROM；3）可擦除的）可擦除的EPROM；4）電擦除的）電擦除的E2PROM；5）快）快速擦寫存儲器速擦寫存儲器Flash Memory 又稱快閃存又稱快閃存儲器儲器半導(dǎo)體存儲器的分類：1RAM的種類：的種類：在在RAM中，按工藝可分為雙極型和中，按工藝可分為雙極型和MOS型兩大類。用型兩大類。用MOS器件構(gòu)成的器件構(gòu)成的RAM，可分為靜態(tài)，可分為靜態(tài)RAM和和動態(tài)動態(tài)RAM兩種。兩種。半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲器存儲器只讀存儲器只讀存儲器 （ROM）隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器（RAM）靜態(tài)靜態(tài)RAM

29、（SRAM）動態(tài)動態(tài)RAM（DRAM） 非易失非易失RAM（NVRAM）掩膜式掩膜式ROM一次性可編程一次性可編程ROM（PROM） 紫外線擦除可編程紫外線擦除可編程ROM（EPROM）電擦除可編程電擦除可編程ROM（EEPROM）選擇存儲器件的考慮因素：選擇存儲器件的考慮因素：（1）易失性）易失性 （2）只讀性）只讀性（3）位容量）位容量 （4）功耗）功耗（5）速度）速度 （6）價(jià)格）價(jià)格（7）可靠性）可靠性存儲器舉例存儲器舉例例，右圖是一個(gè)例，右圖是一個(gè)168的存儲的存儲器，有器，有16個(gè)存儲單元，每個(gè)存儲單元，每個(gè)單元為個(gè)單元為8位記憶字位記憶字(即每單即每單元保存一個(gè)字節(jié)元保存一個(gè)字節(jié)

30、)的集成電的集成電路芯片路芯片 該存儲器有該存儲器有4條地址線條地址線A0，A1，A2，A3和和8條數(shù)據(jù)線條數(shù)據(jù)線D0，D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7。nA0A3就是地址總線中的就是地址總線中的4根譯碼線。當(dāng)存儲器的存根譯碼線。當(dāng)存儲器的存儲單元愈多，則地址總線中的譯碼線，亦即存儲器集儲單元愈多，則地址總線中的譯碼線，亦即存儲器集成電路片的地址線愈多。在一般微型計(jì)算機(jī)中，地址成電路片的地址線愈多。在一般微型計(jì)算機(jī)中，地址線大都為線大都為16條。條。16條地址線，可譯出條地址線，可譯出64K個(gè)地址。在個(gè)地址。在286386486中采用中采用20條地址線。條地址線。n當(dāng)?shù)刂肪€為當(dāng)?shù)刂肪€為

31、10條時(shí)，條時(shí)，n=10，則可編地址號為，則可編地址號為1,024個(gè)，或稱為個(gè)，或稱為1K字節(jié)。這里的字節(jié)。這里的1K和習(xí)慣為和習(xí)慣為1 000不一樣，不一樣，請務(wù)必注意。請務(wù)必注意。2.6.1 只讀存儲器n在一般工作狀態(tài)下，在一般工作狀態(tài)下，ROMROM中的信息只能讀出，不能寫入中的信息只能讀出，不能寫入。對可編程的對可編程的ROMROM芯片，可用特殊方法將信息寫入，該過芯片，可用特殊方法將信息寫入，該過程被稱為程被稱為“編程編程”。對可擦除的。對可擦除的ROMROM芯片，可采用特殊芯片，可采用特殊方法將原來信息擦除，以便再次編程。方法將原來信息擦除，以便再次編程。n只讀存儲器只讀存儲器RO

32、MROM，是一種非易失性的半導(dǎo)體存儲器件。是一種非易失性的半導(dǎo)體存儲器件。其中所存放的信息可長期保存，其中所存放的信息可長期保存，掉電也不會丟失掉電也不會丟失，常，常被用來保存被用來保存固定的程序和數(shù)據(jù)固定的程序和數(shù)據(jù)。只讀存儲器2n84ROM 8個(gè)存儲單元，每個(gè)個(gè)存儲單元，每個(gè)4位位(即半個(gè)字節(jié)即半個(gè)字節(jié))nmnROM，m個(gè)存儲單元，其中每個(gè)為個(gè)存儲單元，其中每個(gè)為n位。位。nROM的符號圖，的符號圖，只讀存儲器3n存儲地址寄存器也是一個(gè)可控緩存儲地址寄存器也是一個(gè)可控緩沖寄存器，它具有沖寄存器，它具有L門以控制地門以控制地址的輸入。它和存儲器的聯(lián)系是址的輸入。它和存儲器的聯(lián)系是雙態(tài)的，即地

33、址一進(jìn)入雙態(tài)的，即地址一進(jìn)入MAR就就立即被送到存儲器去立即被送到存儲器去n存儲地址寄存器存儲地址寄存器(MAR)：作為存：作為存儲器的一個(gè)附件，儲器的一個(gè)附件，存儲地址寄存存儲地址寄存器是必需的器是必需的。它將所要尋找的存。它將所要尋找的存儲單元的儲單元的地址暫存下來地址暫存下來，以備下，以備下一條指令之用。一條指令之用。只讀存儲器4【例例2.1】程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC，存，存儲地址寄存器儲地址寄存器MAR和和ROM通過總線的聯(lián)系如右圖所示。通過總線的聯(lián)系如右圖所示。設(shè)控制字依次是：設(shè)控制字依次是：(1) CPEPLMER=0110(2) CPEPLMER=0001(3) CPEPLMER

34、=1000問：它們之間的信息是如何問：它們之間的信息是如何流通的流通的?開機(jī)時(shí)，先令開機(jī)時(shí)，先令CLR=1，則，則PC=0000(1) 第第1個(gè)控制字：個(gè)控制字： CPEPLMER= 0110 EP=1，PC準(zhǔn)備放出數(shù)據(jù)；準(zhǔn)備放出數(shù)據(jù)； LM=1，MAR準(zhǔn)備裝入數(shù)據(jù)。準(zhǔn)備裝入數(shù)據(jù)。 在在CLK正前沿到達(dá)時(shí)，正前沿到達(dá)時(shí)，CLK=1，MAR=PC=0000，PC的數(shù)據(jù)裝入的數(shù)據(jù)裝入MAR，同，同時(shí)時(shí)MAR立即指向立即指向ROM的第一地址，即選中的第一地址，即選中了了ROM中的中的R0存儲單元。存儲單元。 (2) 第第2個(gè)控制字：個(gè)控制字： CPEPLMER =0001 ER=1，令，令ROM放出

35、數(shù)據(jù)，即，當(dāng)放出數(shù)據(jù)，即，當(dāng)ER為高電位，為高電位，R0中的中的8位數(shù)據(jù)就被位數(shù)據(jù)就被送入到送入到W總線上去。總線上去。(3) 第第3個(gè)控制字：個(gè)控制字： CPEPLMER =1000 CP=1，即為命令，即為命令PC加加1，得到，得到PC=0001。 這是在取數(shù)周期完了時(shí)，要求這是在取數(shù)周期完了時(shí)，要求PC指向下一指向下一地址，為下一條指令準(zhǔn)備條件。地址，為下一條指令準(zhǔn)備條件。2.6.2 隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器又叫做讀寫存儲器。隨機(jī)存儲器又叫做讀寫存儲器。n不但能讀取已存放在其各個(gè)存儲單元中的數(shù)據(jù)，不但能讀取已存放在其各個(gè)存儲單元中的數(shù)據(jù)，而且還能夠隨時(shí)寫進(jìn)新的數(shù)據(jù)，或者改寫原來而且還能夠隨時(shí)

36、寫進(jìn)新的數(shù)據(jù)，或者改寫原來的數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)。n多用雙極型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)多用雙極型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管晶體管(MOSFET)。n停電失去記憶能力。停電失去記憶能力。組成單元速度集成度應(yīng)用SRAM觸發(fā)器快低小容量系統(tǒng)DRAM極間電容慢高大容量系統(tǒng)NVRAM帶微型電池慢低小容量非易失隨機(jī)存儲器：隨機(jī)存儲器： RAMRAM的符號的符號 A A地址線；地址線； D DININ要寫入的數(shù)據(jù)；要寫入的數(shù)據(jù)； D DOUTOUT要讀出的數(shù)據(jù)；要讀出的數(shù)據(jù)； M ME E選通此選通此RAMRAM的的E E門。門。當(dāng)當(dāng)M ME E=0=0時(shí)，此時(shí)，此RAMRAM未選中，故未選中，故W

37、 WE E是什么是什么(0(0或或1)1)都不能影響都不能影響RAMRAM的動作，并且其輸出端是懸浮的動作，并且其輸出端是懸浮( (高阻高阻) )的。的。只有在只有在M ME E=1=1時(shí)，此時(shí)，此RAMRAM才被選中，才能再進(jìn)一步去確定才被選中，才能再進(jìn)一步去確定其是讀出還是寫入。其是讀出還是寫入。W WE E=0=0時(shí)，為數(shù)據(jù)讀出；時(shí)，為數(shù)據(jù)讀出；W WE E=1=1時(shí)，時(shí)，為數(shù)據(jù)寫入。為數(shù)據(jù)寫入。存儲器數(shù)據(jù)寄存器存儲器數(shù)據(jù)寄存器(memory data register，MDR)，作用是，作用是將要寫入將要寫入RAM中去的數(shù)據(jù)暫存中去的數(shù)據(jù)暫存寄寄MDR中，以等待控制器發(fā)出中，以等待控制

38、器發(fā)出WE=1的命令到來時(shí)，才能寫入的命令到來時(shí)，才能寫入RAM中去。中去。(教材教材38頁頁) 【例例】一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的一部分如下圖所示，其工一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的一部分如下圖所示，其工作程序分析如圖。作程序分析如圖。這一部分系統(tǒng)圖是用來分析將數(shù)據(jù)這一部分系統(tǒng)圖是用來分析將數(shù)據(jù)I I0 0裝入到裝入到RAMRAM中去中去的過程的。設(shè)要寫入到的過程的。設(shè)要寫入到RAMRAM中去的數(shù)據(jù)為：中去的數(shù)據(jù)為：I I0 0=1100=1100000100011001(1001(共共1212位位) )這部分的控制字為：這部分的控制字為：CON=CCON=CP PE EP PL LM MW WE E M ME EL LD DL LI IE EI I( (共共8 8位位) )已設(shè)計(jì)好的控制字的次序如下：已設(shè)計(jì)好的控制字的次