微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理.doc

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1、第2章微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理教學(xué)重點(diǎn)：8086的操作和時(shí)序教學(xué)難點(diǎn)：8086的操作和時(shí)序教學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：8086指令系統(tǒng)，初級(jí)程序設(shè)計(jì)，8086的操作和時(shí)序，控制部件和微型計(jì)算機(jī)功能的擴(kuò)展，現(xiàn)代技術(shù)在微型計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用教學(xué)方式：課堂講授教學(xué)要求：（1）了解8086的指令系統(tǒng)，并能理解初級(jí)的程序。（2）理解指令周期的概念，重點(diǎn)掌握8086指令操作與時(shí)序的關(guān)系。（3）掌握控制部件的構(gòu)成及其在時(shí)序控制下的工作步驟。微型計(jì)算機(jī)的基本功能可概括為“三能一快”：能運(yùn)算(加、減、乘、除)、能判別(大于、小于、等于、真、假)及能決策(根據(jù)判別來決定下一步的工作)。但所有這

2、些“能”的過程都必須建立在“快”的基礎(chǔ)上才能有實(shí)際意義。2.1微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡化形式為了易于分析和理解，我們先來介紹一個(gè)簡化了的微型計(jì)算機(jī)，如圖2.1(a)所示。其硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：(1)功能簡單：只能做兩個(gè)數(shù)的加減法。(2)內(nèi)存量?。褐挥幸粋€(gè)16×8PROM(可編程序只讀存儲(chǔ)器)。(3)字長8位：二進(jìn)制8位顯示。(4)手動(dòng)輸入：用撥動(dòng)開關(guān)輸入程序和數(shù)據(jù)。圖2.1微型計(jì)算機(jī)的簡化結(jié)構(gòu)及功能分解圖1.程序計(jì)數(shù)器PC計(jì)數(shù)范圍由0000～1111(用十六進(jìn)制可記作由0～F)。每次運(yùn)行之前，先復(fù)位至0000。當(dāng)取出一條指令后，PC應(yīng)加1。2.存儲(chǔ)地址寄存器MAR接收來自PC

3、的二進(jìn)制程序號(hào)，作為地址碼送至PROM去。3.可編程序只讀存儲(chǔ)器PROM原理：每條橫線與豎線都有一條由開關(guān)和二極管串聯(lián)的電路將它們連接起來。因此，只要撥動(dòng)開關(guān)，即可使該數(shù)據(jù)位置1或置0，從而達(dá)到使每個(gè)存儲(chǔ)單元“寫入”數(shù)據(jù)的目的。因而稱這種ROM為可編程序ROM。PROM實(shí)際上同時(shí)具有RAM和ROM的功能。4.指令寄存器IRIR從PROM接收到指令字(當(dāng)LI=1，ER=1)，同時(shí)將指令字分送到控制部件CON和W總線上去。指令字是8位的：　　　××××　　××××　　　　MSB　　　　LSB最高有效位最低有效位左4位為最高有效位(高4位)，稱為指令字段；右4位為最低有效位

4、(低4位)，稱為地址字段。5.控制部件CON其功能如下：(1)每次運(yùn)行之前，CON先發(fā)出CLR=1，使有關(guān)的部件清0。此時(shí)：　　　　　　　PC=0000　　　　　　　IR=0000　0000(2)CON有一個(gè)同步時(shí)鐘，能發(fā)出脈沖CLK到各個(gè)部件去，使它們同步運(yùn)行。(3)在CON中有一個(gè)控制矩陣CM，能根據(jù)IR送來的指令發(fā)出12位的控制字：　　CON=CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO根據(jù)控制字中各位的置1或置0情況，計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)地按指令程序而有秩序地運(yùn)行。6.累加器A用以儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的中間結(jié)果。它能接收W總線送來的數(shù)據(jù)(LA=1)，也能將數(shù)據(jù)送到

5、W總線上去(EA=1)。它還有一個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，將數(shù)據(jù)送至ALU去進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。這個(gè)輸出是雙態(tài)的，即是立即地送去，而不受E門的控制。7.算術(shù)邏輯部件ALU它只是一個(gè)二進(jìn)制補(bǔ)碼加法器／減法器。當(dāng)SU=0，ALU，進(jìn)行加法A+B；當(dāng)SU=1，ALU，進(jìn)行減法A-B，即(A+B′)。8.寄存器B將要與A相加減的數(shù)據(jù)暫存于此寄存器。它到ALU的輸出也是雙態(tài)的，即無E門控制。9.輸出寄存器O計(jì)算機(jī)運(yùn)行結(jié)束時(shí)，累加器A中存有答案。如要輸出此答案，就得送入O。此時(shí)EA=1，LO=1，則O=A。典型的計(jì)算機(jī)具有若干個(gè)輸出寄存器，稱為輸出接口電路。這樣就可以驅(qū)動(dòng)不同的外圍設(shè)備，如打印機(jī)、

6、顯示器等。10.二進(jìn)制顯示器D這是用發(fā)光二極管(LED)組成的顯示器。每一個(gè)LED接到寄存器O的一位上去。當(dāng)某位為高電位時(shí)，則該LED發(fā)光。因?yàn)榧拇嫫鱋是8位的，所以這里也由8個(gè)LED組成顯示器。這種結(jié)構(gòu)，一般可分成3大部分，如圖3.1(b)的功能分解圖所示：(1)中央處理器CPU(包括PC，IR，CON，ALU，A及B)；(2)記憶裝置M(MAR及PROM)；(3)輸入／輸出I／O(包括O及D，D也可稱為其外圍設(shè)備)。中央處理器(centralprocessingunit,縮寫為CPU)是將程序計(jì)數(shù)功能(PC)、指令寄存功能(IR)、控制功能(CON)、算術(shù)邏輯功能

7、(ALU)以及暫存中間數(shù)據(jù)功能(A及B)集成在一塊電路器件上的集成電路(IC)。實(shí)用上的CPU要比這里的圖例更為復(fù)雜些，但其主要功能是基本一樣的。存儲(chǔ)器M(memory)在此圖例中只包括存儲(chǔ)地址寄存器(MAR)及可編程存儲(chǔ)器(實(shí)際還包括了地址譯碼功能)，這就是微型計(jì)算機(jī)的“內(nèi)存”。實(shí)際的“內(nèi)存”要包括更多的內(nèi)容(如ROM，RAM及EPROM等)和更大的存儲(chǔ)容量。輸入及輸出接口(I／O)是計(jì)算機(jī)實(shí)行人機(jī)對(duì)話的重要部件。本簡例中的輸入將是人工設(shè)定PROM而沒有輸入電路接口只有輸出有接口(O)。實(shí)際微型計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備多為鍵盤，輸出則為監(jiān)視器(即電視屏顯示