微机微机的基本工作原理
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
=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CP=1
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执行周期也需要三个节拍:这里以LDA例 行程序为例:
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9 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)
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。
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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。
LDA ADD ADD ADD
RRRR9CAB ;;;;把把把把RRRR9CBA中中中中的的的的数数数数据据据据存与与与入AAAA的的的相相相加加加
SUB OUT
RD ;;输把出AA中中的的数数据据与,R即D的结相果减
HLT ;停机
助记符 操作数 注释
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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
(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
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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
(4) T3=1,IR高四位送至控制器进行分析,IR低四 位送总线,MAR接受此低四位并指向PROM的 某个单元。(第一次访问的是指令区,第二次访 问的是数据区)
CON= CPEP LMER LIEILAEA SUEU LBLB = 0 0 1 0 01 0 0 0 0 0 0
(5) T4=1,PROM中数据区的存储单元的内容送 累加器A
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。
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不同型号的微处理机的指令系统是不同
Hale Waihona Puke 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:
•R8~R15:数据存储区
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3、将源程序翻译成目的程序
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4、程序及数据的输入方法
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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。
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R结D果)(A)=(R9)+(RA)+(RB)+(RC)运行结果(D)=(A)
机器节拍:即一个时钟周期(时钟一个高电平+一 个低电平)
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环形计数器和机器节拍 –作用:产生机器节拍,控制 电路依次发出各个动作,重复 执行指令 –其位数与指令的执行周期长 度有关 特点:各位依次为高电位。
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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
的概念。 2
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。
微机组成:中央处理器CPU(Center Process Unit)(微处理器)、存储器(Memory)、外设 (I/O设备)
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微型计算机的简化结构及功能分解(图3.1,P41)
3. MAR:存储器地址寄存器
4. A:累加器; B:B寄存器; O:输出寄存器; D:输出设备 5. CON:控制器 控制字:CON=CPEPLMER LIEILAEA SuEULB4LO
图3-2
PROM
结构 原理 图
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(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。
CP CLK CLR
EP
LI CLK CLR
EI
PC
IR
CLK CON
CLR
CPEP LMERLIEILAEASUEULBLO
LM CLK
MAR
ER
PROM
A
ALU B
CPU O D
LA CLK EA Su Eu LB CLK
LO CLK
1. PC(Program Control) 程序控制器,控制指令的运行
顺序。 Cp=1时候,PC=PC+1
2. IR(Instruction Register) 指令寄存器,从PROM中取
指令,分析指令后,将指令字 送CON和总线
指令系统和指令字:
**** **** 指令字段 地址字段 指令字段:如0000表示LDA指 令(Load A),操作码(助记 符)和操作数 指令存放于存储器的指令区 数据存放于存储器的数据区