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1、3.1 3.1 微型计算机的简化形式微型计算机的简化形式 3.2 3.2 指令系统指令系统 3.3 3.3 程序设计程序设计 3.4 3.4 执行指令的例行程序执行指令的例行程序 3.5 3.5 控制部件控制部件 3.6 3.6 微型计算机功能的扩展微型计算机功能的扩展3.7 3.7 初级程序设计举例初级程序设计举例3.8 3.8 控制部件的扩展控制部件的扩展 3.9 3.9 现代技术在微型计算机中的应用现代技术在微型计算机中的应用 第第3 3章章 微型计算机的基本工作原理微型计算机的基本工作原理第三章第三章 微型计算机的基本工作原理微型计算机的基本工作原理 我我们们从从一一个个简简化化了了的
2、的微微机机作作为为分分析析对对象象，逐逐步步介介绍绍微微机机的的各各种种基基本本功功能能，从从而而概概括括出出微微机机的的基基本本工工作作原原理理。注注意意了了解以下的内容：解以下的内容：各个部件各个部件之间的信息流通过程之间的信息流通过程指令系统的意义指令系统的意义程序设计的步骤程序设计的步骤控制部件的功能及其结构控制部件的功能及其结构 控制矩阵产生控制字的过程控制矩阵产生控制字的过程例行程序概念。例行程序概念。问题：在微机系统中，有很多种部件，它们是如何做到各个信问题：在微机系统中，有很多种部件，它们是如何做到各个信息和部件之间能够息和部件之间能够“循序渐进、各得其所、有条不紊、快而不循序
3、渐进、各得其所、有条不紊、快而不乱乱”的？的？PCPCIRIRCONCONMARMAR PROM PROM 168168A AALUALUB BO OD DC CP PCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLRCLRCLRCLRE EP PL LI IE EI ICLKCLKCLRCLRL LM ME ER RL LA AE EA AS SU UE EU UL LB BL LO OC CP P E EP P L LM M E ER R L LI I E EI I L LA A E EA A S SU U E EU U L LB B L LO OW W8 88
4、 88 88 88 88 88 88 88 88 84 44 44 44 41212 其特点其特点: :（1 1）功能简单：只能做加减法。（）功能简单：只能做加减法。（2 2）内存量小：）内存量小：168 PROM168 PROM。（3 3）字长字长8 8位：二进制位：二进制8 8位显示。（位显示。（4 4）手动输入：用拔动开关输入程序和数据）手动输入：用拔动开关输入程序和数据图图3-1 3-1 微型计算机的简化结构微型计算机的简化结构 3.13.1微型计算机的简化形式微型计算机的简化形式PCPCIRIRCONCONMARMARPROMPROM16 816 8A AALUALUB BO OD
5、DC CP PCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLRCLRCLRCLRE EP PL LI IE EI ICLKCLKCLRCLRL LM ME ER RL LA AE EA AS SU UE EU UL LB BL LO OC CP P E EP P L LM M E ER R L LI I E EI I L LA A E EA A S SU U E EU U L LB B L LO OW W8 88 88 88 88 88 88 88 88 88 84 44 44 44 41212图图3-1 3-1 微型计算机的简化结构微型计算机的简化结构 3 3.
6、 .1 1微微型型计计算算机机的的简简化化形形式式1 1、程序计数器、程序计数器PC(program counter):PC(program counter):其内容为指令地址其内容为指令地址, ,上电复位上电复位,PC=0,PC=0；每取一条指令后，每取一条指令后， PC (PC) +1PCPCIRIRCONCONMARMARPROMPROM16 816 8A AALUALUB BO OD DC CP PCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLRCLRCLRCLRE EP PL LI IE EI ICLKCLKCLRCLRL LM ME ER RL LA
7、AE EA AS SU UE EU UL LB BL LO OC CP P E EP P L LM M E ER R L LI I E EI I L LA A E EA A S SU U E EU U L LB B L LO OW W8 88 88 88 88 88 88 88 88 88 84 44 44 44 41212图图3-1 3-1 微型计算机的简化结构微型计算机的简化结构 3 3. .1 1微微型型计计算算机机的的简简化化形形式式2 2、MAR(memory address register)MAR(memory address register)：其内容作为地址码，：其内容作为地
8、址码，并选中存储器的某个单元，为读取指令做好准备。并选中存储器的某个单元，为读取指令做好准备。PCPCIRIRCONCONMARMARPROMPROM16 816 8A AALUALUB BO OD DC CP PCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLRCLRCLRCLRE EP PL LI IE EI ICLKCLKCLRCLRL LM ME ER RL LA AE EA AS SU UE EU UL LB BL LO OC CP P E EP P L LM M E ER R L LI I E EI I L LA A E EA A S SU U E EU
9、 U L LB B L LO OW W8 88 88 88 88 88 88 88 88 88 84 44 44 44 41212图图3-1 3-1 微型计算机的简化结构微型计算机的简化结构 3 3. .1 1微微型型计计算算机机的的简简化化形形式式3、指令寄存器、指令寄存器IR IR （instruction register)instruction register):IR从从PROM接接收到指令字，将指令字分送到控制部件收到指令字，将指令字分送到控制部件CON和和W总线上。指总线上。指令字是令字是8位（高位（高4位指令字段，低位指令字段，低4位位地址字段地址字段).).PCPCIRIRC
10、ONCONMARMARPROMPROM16 816 8A AALUALUB BO OD DC CP PCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLRCLRCLRCLRE EP PL LI IE EI ICLKCLKCLRCLRL LM ME ER RL LA AE EA AS SU UE EU UL LB BL LO OC CP P E EP P L LM M E ER R L LI I E EI I L LA A E EA A S SU U E EU U L LB B L LO OW W8 88 88 88 88 88 88 88 88 88 84 44 44
11、 44 41212图图3-1 3-1 微型计算机的简化结构微型计算机的简化结构 3 3. .1 1微微型型计计算算机机的的简简化化形形式式4、ALU ALUALU是一个二进制补码加法器是一个二进制补码加法器/ /减法器。减法器。S SU U=0=0，ALUALU进行加法进行加法 A+BA+B；S SU U=1=1，ALUALU进行减法进行减法 A-BA-BPCPCIRIRCONCONMARMARPROMPROM16 816 8A AALUALUB BO OD DC CP PCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLKCLRCLRCLRCLRE EP PL LI IE
12、 EI ICLKCLKCLRCLRL LM ME ER RL LA AE EA AS SU UE EU UL LB BL LO OC CP P E EP P L LM M E ER R L LI I E EI I L LA A E EA A S SU U E EU U L LB B L LO OW W8 88 88 88 88 88 88 88 88 88 84 44 44 44 41212图图3-1 3-1 微型计算机的简化结构微型计算机的简化结构 3 3. .1 1微微型型计计算算机机的的简简化化形形式式 5 5、寄存器、寄存器A、B、O和显示和显示D A A、B B用以暂存数据；输出寄存
13、用以暂存数据；输出寄存器器O O 用以暂存要显示的数据；用以暂存要显示的数据；D D是用发光二极管（是用发光二极管（LEDLED）组成的显组成的显示器，每一个示器，每一个LEDLED接到寄存器接到寄存器O O的一位上去。的一位上去。 6 6、PROM(program read only memory)PROM(program read only memory)为了便于理解，用为了便于理解，用44PROM44PROM说明其工作原理。说明其工作原理。A0A0A1A1R0R0R1R1R2R2R3R3E ER RD0D0D1D1D2D2D3D32 2- -4 4译译码码器器图图3-2 44 PROM3
14、-2 44 PROM原理图原理图 7 7、控制部件、控制部件CONCON 其功能如下：其功能如下：(1)(1)运行开始前，运行开始前，CONCON先发出先发出CLR=1CLR=1，使相使相 关关部部件件清清0 0。注意：。注意：PC=0000PC=0000(2)CON(2)CON产产生生CLKCLK送送到到各各个个部部件件去去，使使各各部部件件步步调调一致。一致。(3)(3)在在 CONCON中中 有有 一一 个个 控控 制制 矩矩 阵阵 CMCM（ Control Control Matrix)Matrix)，根据，根据IRIR送来的指令发出送来的指令发出1212位控制字：位控制字： CON
15、= CCON= CP PE EP PL LM ME ER RL LI IE EI IL LA AE EA AS SU UE EU UL LB BL LO O根根据据控控制制字字中中各各位位的的情情况况，计计算算机机就就能能自自动地按指令程序而有序的运行。动地按指令程序而有序的运行。1 1、CPUCPU（central processing unitcentral processing unit）：）：包括包括PCPC、IRIR、CONCON、ALUALU、A A和和B B等。等。2 2、存储器、存储器M M：又称微机的内存。又称微机的内存。3 3、输入、输入/ /输出输出I/OI/O（包括包括
16、C C及及D D） CPUMI/O图图3-1(b) 3-1(b) 微型计算机的功能分解图微型计算机的功能分解图 微机按功能可分成三大部分，如图所示。微机按功能可分成三大部分，如图所示。3.23.2 指令系统指令系统指指令令系系统统是是用用来来编编制制计计算算程程序序的的一一个个指指令令集集合合。不不同同的的机机型型，其其指指令令系系统统也也不不同同。例例如如，Z80Z80有有158158条指令，条指令，M6800M6800有有7272条等。本模型机有条等。本模型机有5 5条指令。条指令。助记符助记符 操作数操作数 注释注释LDA R9 LDA R9 ； （R9R9）A AADD RA ADD
17、RA ； （RARA）+ +（A A）A AADD RB ADD RB ； （RBRB）+ +（A A）A AADD RC ADD RC ； （RCRC）+ +（A A）A ASUB RD SUB RD ； A -A -（RDRD） A AOUT OUT ； 输出输出A A中的数据中的数据HLT HLT ；停机停机3.33.3程序设计程序设计 3.3.1 3.3.1 先要有一个操作码表先要有一个操作码表 本本操操作作码码表表共共5 5条条指指令令。指指令令为为8 8位位二二进进制制代代码，其高码，其高4 4位为操作码，低位为操作码，低4 4位为操作数地址。位为操作数地址。助记符助记符 操作码操
18、作码操作数地址操作数地址LDA LDA 00000000 * *ADD ADD 0001 0001 * *SUB 0010 SUB 0010 * *OUT OUT 11101110HLT HLT 111111113.3.2 3.3.2 存储器分配存储器分配: :PROMPROM分为两个区：程序指令区和数据区分为两个区：程序指令区和数据区 。3.3.3 3.3.3 将源程序翻译成目的程序将源程序翻译成目的程序 把用汇编语言编写的程序翻译成二进制代码。例：把用汇编语言编写的程序翻译成二进制代码。例： 源程序源程序 目标程序目标程序 存储单元存储单元 LDA R9 LDA R9 0000 10010
19、000 1001 0000 0000（R0R0） ADD RA ADD RA 0001 10100001 1010 0001 0001 （R1R1） ADD RBADD RB 0001 10110001 1011 0010 0010 （R2R2） ADD RC ADD RC 0001 11000001 1100 0011 0011 （R3R3） SUB RDSUB RD 0010 11010010 1101 0100 0100 （R4R4） HLTHLT 1111 *1111 * 0101 0101 （R5R5） 源程序源程序 目的程序目的程序 存储单元存储单元 16D 16D 0001 00
20、000001 0000 1001 1001（R9R9） 20D 20D 0001 01000001 0100 1010 1010（RARA） 24D 24D 0001 10000001 1000 1011 1011（RBRB） 28D 28D 0001 11000001 1100 1100 1100（RCRC） 32D 32D 0010 00000010 0000 1101 1101（RDRD）数数据据区区指指令令区区操作码表操作码表LDA 0000ADD 0001 SUB 0010 OUT 1110HLT 1111计计算算机机运运行行前前，必必须须把把程程序序和和数数据据装装入入存存储储器。
21、器。4 41 16 6译译码码器器A0A1A2A3D0D1D2D3D4D5D6D7R0R1R2R3R4R5R6R7R8R9RARBRCRDRERF3.3.4程序及数据的输入方法数据数据“0”0”开关开关断开断开数据数据“1”1”开关开关闭合。闭合。 D0D1D2D3D4D5D6D7R0R1R2R3R4R5R6R7R8R9RARBRCRDRERFR0:0000 1001R1:0001 1010R2:0001 1011R3:0001 1100R4:0010 1101R5:1111 *R9:0001 0000RA:0001 0100RB:0001 1000RC:0001 1100RD:0010 00
22、00图3-3 PROM的初始数据输入3.4 3.4 执行指令的例行程序执行指令的例行程序 在在程程序序和和数数据据装装入入之之后后，计计算算机机按按存存储储器器给给出出的的指令执行。指令执行。机器周期：执行一条指令所需的时间。机器周期：执行一条指令所需的时间。机器周期分为取指周期和执行周期。取指过程和机器周期分为取指周期和执行周期。取指过程和执行过程都是通过不同的机器节拍。执行过程都是通过不同的机器节拍。3.4.1 3.4.1 环形计数器及机器节拍环形计数器及机器节拍 计算机以环形计数器的各位输出端高电位用作机器计算机以环形计数器的各位输出端高电位用作机器节拍节拍T0-T5T0-T5，环形计数
23、器的各位的状态如下图所示。环形计数器的各位的状态如下图所示。图图3-43-4 环形计数器产生的机器节拍环形计数器产生的机器节拍 CLKCLKCLRCLRT0T0T1T1T2T2T3T3T4T4T5T5Q5Q5Q4Q4Q3Q3Q2Q2Q1Q1Q0Q0CLRCLRCLKCLKT0T0T1T1T2T2T3T3T4T4T5T5注意：只注意：只有有Q Q0 0的的PRPR端接端接CLRCLR把环形计数器的输出看作是一个把环形计数器的输出看作是一个T T字，字，T=T5 T4 T3 T2 T1 T0T=T5 T4 T3 T2 T1 T0可控制六条电路，使它们依次轮流为高电位可控制六条电路，使它们依次轮流为
24、高电位，T0T0，T1T1，T2T2，T3T3，T4T4，T5T5称为机器的节拍。称为机器的节拍。 3.4.23.4.2取指周期及执行周期取指周期及执行周期 取取指指需需要要3 3个个机机器器节节拍拍。在在清清零零和和启启动动之之后后第第一一个个节节拍拍为为T0T0。在在取取指指周周期期，在在不不同同的的机机器器节拍，控制器应发出什么样的控制字。节拍，控制器应发出什么样的控制字。（1 1）地址节拍）地址节拍T0=1T0=1，应将应将PCPC的内容送到的内容送到MARMAR。 E EP P=1=1，即，即PCPC放出数据放出数据 L LM M=1=1，MARMAR准备接受数据准备接受数据 控制器
25、应发出的控制字为：控制器应发出的控制字为： CON= CCON= CP PE EP P L LM ME ER R L LI I E EI I L LA A E EA A S SU U E EU U L LB B L LO O = 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0= 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 =600H =600H(2)(2)储储存存节节拍拍T1=1T1=1，应应将将(PROM)(PROM)中中指指定定的的存存储单元中的内容送到储单元中的内容送到IRIR。E ER R=1=1 PROM PROM准备放出数据准备放出数据L LI I=1 =1 (IR)(IR)准
26、备接受数据准备接受数据控制器应发出的控制字为：控制器应发出的控制字为：CON= CCON= CP PE EP P L LM M E ER R L LI I E EI I L LA A E EA A S SU U E EU U L LB B L LO O = 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 = 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 =180H =180H(3)(3)增量节拍增量节拍T2=1T2=1， (PC)+1(PC)+1PCPC，准准备读取下一条指令。备读取下一条指令。控制器应发出的控制字为：控制器应发出的控制字为：CON= CCON= CP P E EP P L
27、LM M E ER R L LI I E EI I L LA A E EA A S SU U E EU U L LB B L LO O = 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0=800H= 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0=800HC CP P=1=1，PCPC的内容加的内容加1 1。执执行行周周期期为为3 3个个节节拍拍。指指令令的的高高4 4位位送送入入到到控控制制部部件件，控控制制部部件件根根据据送送来来的的指指令令，在在不不同同的的机机器器节节拍拍，发发出出不不同同的的控控制制字字。本本机机共有共有5 5类可执行的程序指令。即，类可执行的程序指令。即，LDALD
28、A、ADDADD、SUBSUB、OUTOUT、HLTHLT 执行执行5 5个程序指令都要个程序指令都要3 3个节拍（个节拍（T3T3、 T4T4、 T5T5），），这些程序是由生产厂家编制，这些程序是由生产厂家编制，称这些程序为例行程序。以称这些程序为例行程序。以LDALDA例行程序为例行程序为例，在执行周期的例，在执行周期的3 3个节拍中，各寄存器的个节拍中，各寄存器的内容有何变化。内容有何变化。（4 4）T3=1T3=1时时, , IRIR的的高高4 4位位送送至至控控制制部部件件进进行行分分析，经控制部件分析后发出的命令：析，经控制部件分析后发出的命令： E EI I=1=1：将：将IR
29、IR低低4 4位送至总线位送至总线 L LM M=1=1：MARMAR接收总线上来的数据。接收总线上来的数据。控制器应发出的控制字为：控制器应发出的控制字为：CON=CCON=CP P E EP P L LM M E ER R，L LI I E EI I L LA A E EA A，S SU U E EU U L LB B L LO O =0 0 1 0 =0 0 1 0，0 1 0 00 1 0 0，0 0 0 0 0 0 0 0 =240H =240H（5 5）T4=1T4=1时，由时，由MARMAR指定存储单元的内指定存储单元的内容送入累加器容送入累加器A AE ER R=1=1：PRO
30、MPROM准备放出数据准备放出数据L LA A=1=1：A A准备接收数据准备接收数据控制器应发出的控制字为：控制器应发出的控制字为：CON= CCON= CP P E EP P L LM M E ER R， L LI I E EI I L LA A E EA A，S SU U E EU U L LB B L LO O = 0 0 0 1 = 0 0 0 1 ，0 0 1 00 0 1 0，0 0 0 0 0 0 0 0 =120H =120H(6)T5=1(6)T5=1，因因为为在在T4T4节节拍拍时时，已已将将数数据据存存入入A A中中。完完成成了了该该条条指指令令的的使使命命。在在T5T
31、5节节拍拍无无事事可可干干，为空节拍。为空节拍。 LDALDA的例行程序完成。的例行程序完成。控制器应发出什的控制字为：控制器应发出什的控制字为：CON=CCON=CP P E EP P L LM M E ER R，L LI I E EI I L LA A E EA A，S SU U E EU U L LB B L LO O =0 0 0 0 =0 0 0 0， 0 0 0 00 0 0 0，0 0 0 0 0 0 0 0 为什么需要为什么需要T5T5这个节拍呢？这个节拍呢？助记符 T0T1T2T3T4T5LDAEP,LMER,LICPEI,LMER,LAADDEP,LMER,LICPEI,L
32、MER,LBLA,EUSUBEP,LMER,LICPEI,LMER,LBLA,EU,SUOUTEP,LMER,LICPLO,EAHLTEP,LMER,LICPHLT表表1指令执行过程中各控制位的情况（未举出者为指令执行过程中各控制位的情况（未举出者为0）3.5 3.5 控制部件控制部件 控控制制部部件件是是计计算算机机的的中中枢枢部部分分，它它包包括括下下列主要部件：列主要部件： (1)(1) 环形计数器环形计数器(Ring (Ring Counter,RCCounter,RC) ) (2) (2) 指令译码器指令译码器（Instruction Instruction Decoder,IDDe
33、coder,ID） (3)(3) 控制矩阵控制矩阵(Control (Control Matrix,CMMatrix,CM) ) (4) (4) 其它控制电路其它控制电路控制器由控制器由RCRC、IDID、CMCM等部件组成。利用环等部件组成。利用环形计数器产生机器节拍。下面讨论形计数器产生机器节拍。下面讨论IDID和和CMCM。 3.5.13.5.1指令译码器指令译码器 IDID 指令译码器将指令译码器将IRIR送来的高送来的高4 4位数据进行译位数据进行译码，指令译码器的每一根输出线相对应用一码，指令译码器的每一根输出线相对应用一条指令。下图是指令译码器的示意图。译码条指令。下图是指令译码
34、器的示意图。译码器的真值表见下表。器的真值表见下表。译译码码器器I4I4I5I5I6I6I7I7LDALDAADDADDSUBSUBOUTOUTHLTHLTI7I6I5I4LDAADDSUBOUTHLT000010000000101000001000100111000010111100001其它组合为非法指令其它组合为非法指令表表 译码器的真值表译码器的真值表 I IR R的的高高4 4位位3.5.23.5.2控制矩阵控制矩阵 IDID将将IRIR中中的的编编码码信信息息译译成成某某一一控控制制线线为为高高电电位位。控控制制矩矩阵阵就就是是根根据据指指令令译译码码器器的的输输出出信信号号，在在
35、不不同同的的节节拍拍，产产生生不不同同的的控控制制字字。控控制制矩矩阵阵的输出端组成了控制字的输出端组成了控制字CONCON：CON=CCON=CP PE EP PL LM ME ER R，L LI IE EI IL LA AE EA A，S SU UE EU UL LB BL LO O控制矩阵电路本身的设计较为复杂，本节控制矩阵电路本身的设计较为复杂，本节略为介绍略为介绍, ,仅是为了解其工作原理。下图是控制仅是为了解其工作原理。下图是控制矩阵的电路图。矩阵的电路图。控制器控制器T0 T0 CM CM （译码器）译码器）ID ID RC RC T1 T1 T2 T2 T3 T3 T4 T4
36、T5 T5 LDA ADD SUBOUT CP EP LMER LI EI LA EA SU EU LB LO 图图3-6 3-6 控制矩阵（控制矩阵（CMCM）的示意图）的示意图 设计设计CM:CM:确定输入变量和输出变量确定输入变量和输出变量设计其真值表设计其真值表根据真值表分别写出输出量的逻辑代数式根据真值表分别写出输出量的逻辑代数式将每一个输将每一个输出量的代数式进行化简出量的代数式进行化简再根据化简的代数式，设计出再根据化简的代数式，设计出控制矩阵逻辑电路。控制矩阵逻辑电路。 LDA指令指令控制矩阵真值表控制矩阵真值表OUTSUBADDLDAT5T4T3T2T1T0CPEPLMERL
37、IEILAEASUEULBLO000100000101100000000000010000100001100000000001000100100000000000000100100000100100000000010100000001001000000001100000000000000000 该真值表中只包含了指令该真值表中只包含了指令LDALDA的的相关内容，相关内容，还应写出还应写出ADDADD、OUTOUT和和SUBSUB的相关内容。根据完整的相关内容。根据完整的真值表分别写出输出量的逻辑代数式，并将的真值表分别写出输出量的逻辑代数式，并将其化简。再根据化简后的代数式，设计出控制其化简
38、。再根据化简后的代数式，设计出控制矩阵逻辑电路。矩阵逻辑电路。 用逻辑电路的方法来实现控制字的方法称用逻辑电路的方法来实现控制字的方法称为硬件方法。在指令系统较大，控制字较长的为硬件方法。在指令系统较大，控制字较长的情况下，常用软件方法来实现之，这就是微程情况下，常用软件方法来实现之，这就是微程序法。序法。 3.5.3 3.5.3 其它控制电路其它控制电路 控控制制器器是是由由环环形形计计数数器器、控控制制矩矩阵阵和和指指令令译译码码器器等部件组成等部件组成. . 下图显示控制部件与其它控制电路间的关系。下图显示控制部件与其它控制电路间的关系。启动和清启动和清除按钮除按钮运行运行/停停止触发器
39、止触发器时钟振时钟振荡器荡器射极跟射极跟随器随器RCIDCMIR高高4位位CLRCLKCON图图3-73-7 控制部件的结构图控制部件的结构图 1)1)时时钟钟脉脉冲冲发发生生器器，它它可可分分成成二二个个部部分分，时时钟钟振荡器振荡器+ +射极跟随器。射极跟随器。射射极极跟跟随随器器的的作作用用是是减减小小振振荡荡器器的的输输出出电电阻，以增加输出电流。阻，以增加输出电流。2)2)运运行行/ /停停车车触触发发器器：接接收收按按钮钮的的“运运行行”脉脉冲冲信信号号，也也接接收收来来自自指指令令译译码码器器的的“HLT”HLT”停停车信号，而其输出去启动时钟振荡器。车信号，而其输出去启动时钟振
40、荡器。3)“3)“启动启动”和和”清除清除”按钮：这是由人直接操按钮：这是由人直接操作的主令电器，命令都是由此开始的。作的主令电器，命令都是由此开始的。 3.63.6 微型计算机功能的扩展微型计算机功能的扩展( (自学）自学） 微机功能扩展后，有哪些新特点？微机功能扩展后，有哪些新特点？（参考书（参考书P42 P42 图图3-83-8）较复杂的硬件结构：1 1、子程序计数器、子程序计数器 SCSC2 2、程序计数的程序计数的PCPC增加了一个增加了一个L LP P门。门。3 3、RAM: RAM: 用用RAMRAM作为主存储器（作为主存储器（2561225612）4、控制部件、控制部件CON产
41、生一个产生一个28位控制字位控制字LsCsEsLpCpEpLmWeMeLnEnLaEaS3S2S1SoEuLbLxInxDexExLo5 5、算术逻辑部件、算术逻辑部件ALUALU：增加了运算功能。控增加了运算功能。控制端制端S=S3S2S1S0S=S3S2S1S0，可实现更多的运算。，可实现更多的运算。6 6、变址寄存器、变址寄存器X X 该寄存器可用指令使其加该寄存器可用指令使其加1 1或减或减1 1。该。该指令为指令为INXINX、DEXDEX。 7 7、指令寄存器、指令寄存器IRIR IRIR是是一一个个1212位位寄寄存存器器，其其指指令令字字段段和和地地址字段的位数是可变的。址字段
42、的位数是可变的。较丰富的指令系统访问存储器指令LDAADDSUBSTALDBLDX转移指令JMPJAMJAZJIMJIZJMS逻辑运算指令NOPCLAXCHDEXINXCMACMBLORANDNORNANXORBRBINPOUTHLT3.7 3.7 初级程序设计举例初级程序设计举例（自学）（自学） 简单介绍了初级程序的模式。简单介绍了初级程序的模式。（1 1）简单程序）简单程序 ：程序一统到底：程序一统到底（2 2）分分支支程程序序：在在程程序序设设计计中中，经经常常会会遇遇到到各各种种判判断断和和比比较较，根根据据判判断断程程序序执执行行不不同结果，产生相应的分支程序。同结果，产生相应的分支
43、程序。（3 3）循循环环程程序序：在在程程序序设设计计中中，往往往往要要求求某某一一段段程程序序重重复复执执行行多多次次，这这时时就就可可以以利利用循环程序结构。用循环程序结构。（4 4）调用子程序：程序进行至某一阶段，调）调用子程序：程序进行至某一阶段，调用存储于存储区中的某个子程序，然后用存储于存储区中的某个子程序，然后返回返回至主程序继续进行下去。至主程序继续进行下去。3.83.8控制部件的扩展控制部件的扩展（自学）（自学）3.93.9 现代技术在微型计算机中的应用现代技术在微型计算机中的应用 微微机机的的速速度度越越来来快快，存存储储量量越越来来越越大大，除除光光刻技术的发展外，在体系
44、结构也有重大的发展。刻技术的发展外，在体系结构也有重大的发展。（1 1）设计更多的寄存器）设计更多的寄存器（2 2）增加了存储的寻址范围）增加了存储的寻址范围（3 3）更大的指令系统）更大的指令系统（4 4）更高的速度。）更高的速度。（5 5）新新的的结结构构：微微机机内内部部组组织织管管理理采采用用微微程程序序控控制制及及流流水水线线技技术术，加加快快了了取取指指周周期期和和访访问问存存储储操作。操作。（6 6）存储的管理的改进：在硬件上增添高速缓）存储的管理的改进：在硬件上增添高速缓冲存储器，而在软件上采用虚拟存储技术，冲存储器，而在软件上采用虚拟存储技术，使微机的存取速度得到很大的提高；
45、也使微使微机的存取速度得到很大的提高；也使微机的主存储器在不扩大容量的情况下达到成机的主存储器在不扩大容量的情况下达到成倍的增加。倍的增加。 3.9.13.9.1流水线技术流水线技术 早早期期的的计计算算机机都都是是采采用用冯冯诺诺曼曼体体系系结结构构，指指令令的的执执行行过过程程是是取取指指、执执行行、再再取取指指、再执行的串行运行方式。再执行的串行运行方式。 流水线技术是一种同时进行若干操作的并流水线技术是一种同时进行若干操作的并行处理方式。它把取指和执行操作重叠进行，行处理方式。它把取指和执行操作重叠进行，在执行指令同时，又取另一条或若干条指令。在执行指令同时，又取另一条或若干条指令。3
46、.9.23.9.2高速缓冲存储器高速缓冲存储器 主主存存的的存存取取时时间间要要比比CPUCPU慢慢一一个个数数量量级级，在在主主存存储储器器和和CPUCPU之之间间加加一一个个容容量量相相对对小小的的高高速速缓缓冲冲存存储储器器（Cache,Cache,简简称称高高速速缓缓存存器器），如图所示。如图所示。CPUCacheRAM(主存主存)ADDCC3.9.33.9.3虚拟存储器虚拟存储器 要要运运行行某某一一程程序序时时，首首先先要要把把该该程程序序文文件件从从磁磁盘盘中中传传送送到到内内存存中中。若若该该程程序序文文件件比比存储器的容量大，该程序文件无法运行。存储器的容量大，该程序文件无法运行。 为解决这类问题，采用硬件和软件综合为解决这类问题，采用硬件和软件综合技术技术虚拟存储器，允许建立一个存储容虚拟存储器，允许建立一个存储容量比实际物理上主存器的容量更大量比实际物理上主存器的容量更大 。存放在。存放在虚拟存储器中的数据只有其中一部分放在物虚拟存储器中的数据只有其中一部分放在物理存储器中。理存储器中。习题习题:3.2 3.5 3.6 3.7:3.2 3.5 3.6 3.7
