第3章微型计算机的基本工作原理

第3章微型计算机的基本工作原理内容摘要：

始工作，即发出脉冲电压系列到各个部件去。 执行 LDA 9H 后 A=0001 0000［ 16(10)］ 执行 ADD AH 后 A=0010 0100［ 36(10)］ 执行 ADD BH 后 A=0011 1100［ 60(10)］ 执行 ADD CH 后 A=0101 1000［ 88(10)］ 执行 SUB DH 后 A=0011 1000［ 56(10)］ 执行 OUT 后 D=0011 1000［ 56(10)］ 执行 HLT 后 D=0011 1000(不变 ) 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 24 执行指令的例行程序  在程序和数据装入之后，启动按钮将启动信号传给控制部件 CON，然后控制部件产生控制字，以便取出和执行每条指令。  一个机器周期 为执行一条指令的时间。 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机器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。 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 25 执行指令的例行程序 2 • 环形计数器及机器节拍 各位输出端 Q0～ Q5的电位就是机器节拍 T0～ T5的电位，由于时钟脉冲是经过反相器再接到环形计数器 (图中的“汽泡”表示非门 )的 CLK端的，所以各节拍之间的转换是在时钟脉冲的负边缘开始的。 • 环形计数器的输出看做是一个字 T，则： T=T5T4T3T2T1T0 • 下图是一个 6位的环形字，用以控制 6条电路，使它们依次轮流为高电位， T0， T1， T2， T3， T4和 T5称为 机器节拍。 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 26 执行指令的例行程序 3 • 取指周期 取出指令的过程需要 3个机器节拍，在清零和启动之后第1个节拍为 T0。 取指周期，对任何一条指令都是一样的。 因为任何一条指令都是沿着这个程式而将指令取出来，再将其高 4位送入控制部件去进行分析，决定下面应如何执行 – (1) 地址节拍 (T0=1)在 T0=1时，应将 PC的内容 (即第 1个地址码 )送入 MAR(并通过 MAR而达到 PROM)，所以，此时应有： EP=1，即 PC准备放出数据 LM=1，即 MAR准备接收数据 – (2) 储存节拍 (T1=1)在 T1=1时，应将 PROM中由 PC送来的地址码所指定的存储单元中的内容送到 IR，同时 IR立即将其高 4位送至控制部件。 因此，在此节拍到来之前，即应准备好： ER=1 即 PROM 准备放出数据 LI=1 即 IR 准备接收数据 – (3) 增量节拍 (T2=1)在 T2=1时，应使 PC加 1，做好下一条指令的取指准备。 因此， CP=1，即命令 PC计数。 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 27 执行指令的例行程序 4 • 执行周期 也需要 3拍 (T3， T4， T5)，这种程序是由厂家编好了的，所以称为 例行程序。 以 LDA例行程序 为例，考查一下在此 3节拍中，各个寄存器的内容应有何变化 – (4) T3=1时， IR已将从 PROM来的指令码的高 4位送至控制部件进行分析。 此高 4位是与 LDA相应的二进制码“ 0000”，控制部件经过分析后就发出命令： EI=1，将 IR的低 4位送至 W总线； LM=1， MAR接收此低 4位数作为地址并立即送至 PROM；例题中，送至 PROM的地址就是 R9的二进制码地址 (1001)。 也就是说， 第 1次访问 PROM的是其指令区，第 2次访问的是其数据区。 – (5) T4=1应将 PROM的数据区的存储单元 (如 R9，即 1001)的内容送入累加器 A，即： ER=1， PROM准备放出数据； LA=1， A准备接收数据； – (6) T5=1因为 T4=1时，已将数据存放入 A中，所以， LDA的例行程序就已完成， T5节拍就变成 空拍 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 28 控制部件  控制部件是使计算机能够成为自动机的关键部件。 它包括下列主要部件：  环形计数器 (RC)；  指令译码器 (ID)；  控制矩阵 (CM)；  其他控制电路。  环形计数器、指令译码器、控制矩阵称为 控制器。 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 29 指令译码器  指令寄存器 IR高 4位被送入控制部件  这高 4位就是各种控制动作的代码，比如： 0000代表 LDA的控制动作； 0001代表 ADD的控制动作； 0010代表 SUB的控制动作； 1110代表 OUT的控制动作； 1111代表 HLT的控制动作。  一个控制动作相当于一条控制线，就要使该控制线为高电位。  这个由 4个位组成的编码，必须被译成一个信号，即译为某一控制线为高电位，这就是译码器的任务。 译码器 可以由与门和非门组成，下图就是一个 4位译码器。 4位应该可以有 16种编码的可能，由于我们的模拟机功能简单，只有 5条指令，所以只要 5个与门就够了。 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 30 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 31 控制矩阵  控制矩阵就是要决定控制字的输出电平高低  一般每一节拍大都要求两个控制字位为高电位，有的可能只有一位为高电位的 (如 CP=1)，也可能是 3位为高电位。  控制矩阵是控制部件的核心部件  下图是一个控制矩阵 (CM)电路图  控制字有 12位，每一指令要执行 6拍，每拍均有不同的位为高电位，下图是本模型机中控制矩阵的电路图： 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 32 控制矩阵 202034 微型计算机原理及应用 _宋廷强 33 控制矩阵 2  电路组成  环形计数器 ，使 T0至 T5的 6根横线轮流为高电位；  指令控制信号线 为中间 4根横线，它们的电位高低由指令译码器决定  控制字输出 CON，最下面部分是由 19个与门和 6个或门组成一个逻辑电路。 这个电路共有 12个输出端，就是控制字 CON： CON=CPEPIMERLIEILAEASUEULBLO 。