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1、1,在此幻灯片插入公司的徽标从“插入”菜单 选择图片 找到徽标文件 单击“确定”重新设置徽标大小单击徽标内任意位置。徽标外部出现的方框是“调整控点” 使用这些重新设置对象大小 如果在使用尺寸调整控点前按下 shift 键，则对象改变大小但维持原比例。,微机原理及应用,微机原理第三章（基本工作原理）,2,1、一个简单模型机的硬件结构,特征 功能简单：两个数加、减法 8位字长 内存较小：168 PROM 手动开关输入 LED显示输出,3,模型机的工作过程,4,PC,MAR,ROM,IR,CON,A,ALU,B,OUTP ,CLK,5,模型机的组成部件,PC：程序计数器，其内容为将取出指令的存储地址
2、 MAR：存储器地址寄存器 PROM：16*8只读存储器，存放程序与数据 IR：指令寄存器 CON：控制部件，产生所有控制信号 A：累加器 B：辅助寄存器 ALU：算术逻辑单元 OUTP：输出寄存器 LED：显示设备，显示最后运算结果,6,存储器的结构,地址译码器,7,输出设备的结构,OUTP,8,指令系统,设计指令系统 每条指令包括4位操作码、4位地址码 基本指令集： LDA X：将X单元的内容传送到A中 ADD X：将A的内容与X单元内容相加，结果传回A SUB X：将A的内容与X单元内容相减，结果传回A OUT ：将A的内容输出 HLT ：停机,9,操作码表 每条指令有对应的二进制编码形
3、式 LDA 0000 ADD 0001 SUB 0010 OUT 1110 HLT 1111,10,存储器资源分配 共16个存储单元R0R15，每个单元8位 分成两个部分 R0R7：程序存储区 R8R15：数据存储区,11,编写源程序：X=R9+RA+RB+RC-RD LDA R9 ；将R9单元数据取出 ADD RA ；与RA单元数据相加ADD RBADD RCSUB RD ；与RD单元数据相减OUT ；输出运算结果 HLT ；停机,12,汇编：将源程序翻译成二进制语言,LDA R9 0000 1001,ADD RA 0001 1010,SUB RD 0010 1101,OUT 1110 xx
4、xx,HLT 1111 xxxx,程序设计,ADD RB 0001 1011,ADD RC 0001 1100,13,程序及数据输入 程序输入位置 0000 1001 R0 0001 1010 R1 0010 1101 R4 1110 xxxx R3 1111 xxxx R4 数据输入位置 R9 xxxx xxxx RA xxxx xxxx ,14,程序及数据的输入方法,拨动相应单元的开关 将程序和数据通过拨动每个数据位的开关来置一或置零。 置一：开关拨向断开的方向 置零：开关拨向接通的方向 打：表示随意状态,15,执行指令的例行程序,T0 T1 T2 T3,环形计算器及机器节拍,16,工作过
5、程：取、分析、执行,取指令：根据PC内容取出指令，送至IR，并为取下一条指令做好准备，共包括3个步骤,地址节拍T0： 将PC内容释放到总线上，Ep=1 MAR接收总线上传来的地址，Lm=1,存储节拍T1： ROM将指定单元内容送到总线上，Er=1 IR接收总线上传来的指令，Li=1,增量节拍T2： PC内容加1，做好取下一条指令的准备工作，Cp=1,17,分析指令 当IR接收指令后，将其高4位操作码直接送至控制部件CON CON可利用指令译码器分析出具体的指令功能，并发出相应的指令信号线以控制指令的执行 此步骤不占用机器节拍,执行指令：不同指令的执行情况不同，所占用的机器节拍数也不一样,18,
6、T3： IR将指令代码低4位释放到总线上，Ei=1 MAR接收总线上传来的地址，Lm=1,执行LDA R9：从存储单元R9中取数据并传送到A,T4： ROM将指定单元内容送到总线上，Er=1 A接收总线上传来的数据，La=1,T5： 空节拍,19,T3： IR将指令代码低4位释放到总线上，Ei=1 MAR接收总线上传来的地址，Lm=1,执行ADD RA：从存储单元RA中取数据并传送到B，与A内容相加，结果再传送回A,T4： ROM将指定单元内容送到总线上，Er=1 B接收总线上传来的数据，Lb=1,T5： ALU完成加法并将结果送到总线上，Eu=0 A接收总线上传来的运算结果，La=1,20,
7、执行SUB RD：从存储单元RD中取数据并传送到B，与A内容相减，结果再传送回A,T3： IR将指令代码低4位释放到总线上，Ei=1 MAR接收总线上传来的地址，Lm=1,T4： ROM将指定单元内容送到总线上，Er=1 B接收总线上传来的数据，Lb=1,T5： ALU完成减法，Su=1 ALU将结果送到总线上，Eu=1 A接收总线上传来的运算结果，La=1,21,T3： A将其内容释放到总线上，Ea=1 OUTP接收总线传来的输出结果，Lo=1,执行OUT：将A的内容传送至OUTP输出,执行HLT：停止产生CLK,22,关于机器节拍T0T5 所有指令的取指周期基本相同，但不同指令的执行周期不
8、同 对某条指令，若某些节拍没有使用，则在该节拍期间不发出任何控制信号.,关于控制信号 不同指令在不同的节拍中所需的控制信号不同 参看p50，表3-3，执行指令的过程,23,控制部件CON：CPU的主要部分,环形计数器 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,24,指令译码器 作用：对IR送来的4位操作码进行译码分析，产生对应于各条指令的指令信号线 其大小与操作码的位数（即指令的多少）有关,25,控制矩阵CM：CON的核心 作用：产生所有控制信号 原理：将指令译码器送出的指令信号线与环形计数器产生的各个节拍相结合，在不同节拍下根据不同的指令发出
9、相应的控制信号,26,例：LDA=1，通过控制矩阵，试看一下这条指令的6个节拍中的控制字是怎样实现的。 T0=1时，EP=1,LM=1 T1=1时，LI=1,ER=1 T2=1时，CP=1 T3=1时，LM=1,EI=1 T4=1时，ER=1,LA=1 T5=1时，没有任何位为高电位。,27,CM的硬件设计方法 根据模型机的工作过程，可以归纳出所有控制信号针对不同指令线、不同节拍的逻辑函数关系，从而利用组合逻辑电路的设计方法实现CM。 如：Ep=T0(LDA+ADD+SUB+OUT+HLT),28,CM的软件设计方法：微程序设计 控制字：系统中所有的控制信号排列起来，形成一定位数的控制字，如
10、Ep Cp Li EiSuLo 微指令：即控制字，不同步骤的控制信号不同，即微指令不同 。 微程序：将每条指令各个步骤的微指令顺序组织起来，存放在微存储器中。 指令的执行：在微存储器中找到相应的微程序并顺序执行，即可发出每个步骤的相应控制信号。,29,其它控制电路 时钟脉冲发生器 运行/停止控制电路 启动/清除控制电路,30,3.6 模型机的功能扩展程序计数器：增加Lp控制 子程序计数器：无CLR控制，可由ls门来置数 随机存储器：增加MDR及相应Ld/Ed控制 算术逻辑部件：实现更多功能，控制端增多 变址寄存器：可由指令使其内容加1或减1，需Inx/Dex控制信号 控制部件：控制字更宽，结构复杂得多 指令寄存器：增加更多指令。访问存储器指令，转移指令，逻辑运算指令。 28条指令,31,初级程序设计举例,所谓初级程序是包括下列的程序模式： 简单程序 分支程序 循环程序 调用子程序 书上（P58-64）,32,控制部件的扩展,控制矩阵，变得更庞大而复杂 增加了指令 一个机器周期也是6拍，前三拍为取指周期，后三拍为执行周期。,33,现代技术在微型计算机中的应用,流水线技术 高速缓冲存储器 虚拟存储器,34,35,36,37,38,39,
