chp10 数字系统new

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1、2010/6/12内容提要数字系统的基本概念基本子系统第10章数字系统数据通路由顶向下的设计方法小型控制器的设计嵌入式系统简介物联网简介2010年6月12日第十章数字系统设计21、数字系统的基本概念系统体系结构所谓数字系统存储器程序存储器是指交互式的以离散形式表示的具有存储、传输、处地址指令寄存器程序指令寄存器理信息能力的逻辑子系统的集合物。指令0控制器指令0控制器指令1一台计算机，就是一个最完整的数字系统。指令1指令指令2指令2指令3指令4数据存储器数据通道数据数据通道地址输入输出输入输出数据0中央处理器数据0CPU数据1数据2数据1数

2、据数据2冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构哈佛体系结构2010年6月12日第十章数字系统设计32010年6月12日第十章数字系统设计4计算机分类处理器分类超级计算机：星云(No.2)、天河(No.7),top500•中央处理器(CenterprocessorUnit,CPU)大型计算机巨型机说：“我认为全球大概只需要五台计算机就够了”；PC机说：“每个家庭的桌面上都应该有一台电脑”;•微处理器(MicroprocessorUnit,MPU)工作站PocketPC说：“太大了，应该每人口袋里放一台”;IoT说：“每粒沙子都应该是一台计算机”。微计算机

3、•微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)亚微计算机(嵌入式计算机)•嵌入式DSP(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)•片上系统(SystemOnChip)处理器工作过程展示：SWF2010年6月12日第十章数字系统设计52010年6月12日第十章数字系统设计612010/6/122、基本子系统2、基本子系统是指构成数字系统时必不可少的逻辑功能部件。算术逻辑运算单元ALU这些逻辑功能部件有：是数字系统中对数据进算术逻辑运算单元ALU行加工处理的功能部件。寄存器没有ALU，就不能成为RA

4、M复杂的数字系统。数据总线简单－>复杂控制器加法器ALU算术运算＋逻辑运算2010年6月12日第十章数字系统设计82010年6月12日第十章数字系统设计72、基本子系统2、基本子系统寄存器通用寄存器用来暂存参与ALU运算的数据或结果加法器和ALU均由门电路组成，它们没有记忆功能，专用寄存器因此运算的结果需要寄存器保存起来。数字系统中的专用寄存器根据不同系统而有所不同。而参与运算的两个数也要取自寄存器。寄存器是数字例如ALU的状态标志信号寄存器、地址寄存器、数据缓冲寄存器、指令寄存器、程序计数器等等。系统中必不可少的逻辑子系统。它

5、们用来存放地址信息和控制器的控制信息。寄存器的分类通用寄存器专用寄存器2010年6月12日第十章数字系统设计92010年6月12日第十章数字系统设计103、数据通路2、基本子系统存储器RAM总线的概念当存储大量数据时，从经济和成本上考虑，使用随在数字系统中，总线是多个逻辑子系统的联系纽带。机读写的RAM存储器。所谓总线，就是多个信息源分时传送数据到多个目的图中MAR是地址寄存器，通过地址译地的传送通路。码器译码，可选中相应的存储单元。如果总线的始端和终端是固定不变的，即信息只能从始端MDR是数据缓冲寄存器，读出的数据向终端传送，称为单向

6、总线。或写入的数据都由MDR暂存。用多路选择器实现m存储容量为2个字（字长n-bit）如果信息的源端与目的端是相对的，称为双向总线，它可注意，以实现信息的双向传送。存储器的读写操作是分时进行的：用三态门实现读时不写，写时不读。另外同MDR连接的n位数据线具有双向传送功能。2010年6月12日第十章数字系统设计112010年6月12日第十章数字系统设计1222010/6/123、数据通路3、数据通路数据通路数据通路结构数字系统中,各个子系统通过数据总线连接形成的数据传送路径称为数据通路。数据通路的设计直接影响到控制器的设计，同时也影响到数

7、字系统的速度指标和成本。一般来说，处理速度快的数字系统，它的独立传送信息的通路较多，相应的控制器的设计也就复杂了。因此，在满足速度指标的前提下，为使数字系统结构尽量简单，一般小型系统中多采用单一总线结构。在较大系统中可采用双总线或三总线结构。2010年6月12日第十章数字系统设计142010年6月12日第十章数字系统设计134、小型控制器的设计4、小型控制器的设计什么是控制器控制器的设计思想本质上看，控制器是一种时序逻辑电路。虽控制器设计的主要特点是：不必过分追求状态最简，触发器的数量也不必一味追求最少。然它也是一个子系统，但它的作用是解释所接有

8、时，在控制程序中增加一些多余状态，会使数字系统工收到