微型计算机的基本组成电路

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1、第二章微型计算机的基本组成电路无论是多么复杂的计算机，都是由若干典型的电路所组成的。本章就是对微型计算机最常见的电路环节的名称及电路原理作一简单介绍。其中最主要的是算术逻辑部件（ALU）、触发器（Trigger）、寄存器（Register）、存储器（Memory）、总线结构（BUS）等。数据在这些部件之间流通的过程以及控制字的概念。2.1算术逻辑单元（ALU）顾名思意，这个部件既能进行二进制的四则运算，也能进行布尔代数的逻辑运算。前面所讲的可控加减法电路就是最简单的算术部件。通过适当的变换，可将乘法和除法变成加法运算。如果在这个基础上，增加一些电路

2、，可以使简单的ALU进行逻辑运算。2.2触发器触发器是存放一位二进制数字信号的基本单元。触发器是计算机的记忆装置的基本单元，也可以说是记忆细胞。触发器可以组成寄存器，寄存器又可以组成存储器。寄存器和存储器统称为计算机的记忆装置。微机中所有的触发器一般用晶体管元件，这是因为晶体管元件可以制成大规模的集成电路，体积可以更小。下面介绍RS触发器、D触发器和JK触发器，因为这些类型的触发器是计算机中最常见的基本元件。1、RS触发器基本RS触发器可用两个与非门交叉联接而成，如图2-2所示。当S=1而R=0时，Q=1为置位，当S=0而R=1时，Q=0称为复位。图2

3、—2RS触发器&&SRQQ&&QQ基本RS触发器状态分析：SRQ10101011保持00不定时标RS触发器是为了使触发器在整个机器中能和其他部件协调工作，其工作原理见图2-4所示。2、D触发器RS触发器有两个输入端S和R。为了存储一个高电位，就需要一个高电位输入的S端；为了存储一个低电位，就需要另一个高电位输入的R端。这在很多应用中是不很方便的。D触发器就是在RS触发器的基础上引伸出来的，它只需一个输入端口。如下图所示：时标脉冲CLK一般都是方波，在CLK处于正半周内的任何瞬时间，触发器都有反转的可能。这样计算机的动作就不可能整齐划一。我们总希望由时标

4、CLK来指挥整个机器的行动，采用时标边缘触发的方式就可以得到准确划一的动作，图2-7就是边缘触发的D触发器的电路原理图。触发器的预置和清除：在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置1或清0，而与时标脉冲以及D输入端信号无关，这就是所谓的预置和清除。如何实现？图2-9显示了各种边缘触发器。这里要注意的的是图中的汽泡“O”，即负电平有效之意（电路上增加了一个非门，反相器）。其工作过程分析：当J=K=0时：保持原状（自锁）；当J=1，K=0时：置位；当J=0，K=1时：复位；当J=K=1时：翻转（取反）。JK触发器的符号如图2-11所示。2.3寄存器寄存器是

5、由触发器组成的。一个触发器就是一个一位寄存器。由多个触发器可以组成一个多位寄存器。寄存器根据其功能不同，被命名为不同的名称。常见的寄存器有：缓冲寄存器——用以暂存数据；移位寄存器——能将其所存的数据一位一位地向左移或右移；计数器——一个计数脉冲到达时，会按二进制数的规律累积脉冲；累加器——用以暂存每次在ALU中计算的中间结果。1、缓冲寄存器（Buffer）这是用以暂存某个数据，以便在适当的时间节拍和给定的计算步骤将数据输入或输出到其它记忆元件中去。其一个四位寄存器电路原理图见2-12。(是否可控？为什么？有什么不利影响？）可控缓冲寄存器：前面所说的缓冲

6、寄存器其数据X输入到Q只受CLK的节拍管理。这有时是不利而有害的，因为也许我们还想让早已存在其中的数据多留点时间，但由于不可控制之故，在CLK正前沿一到就会立即被来到门口的数据X替代掉。（怎么办？）为此，我们必须为这个寄存器增设一个可控的“门”。这个“门”的基本原理如图2-13所示。对于多位的寄存器，每位各自一套“L”门。不过只用一个非门，并且只有一个LOAD输入端，如图2-14所示。可控缓冲器的符号一般为图2-15所示，LOAD为其控制门，而CLR为高电平时可以清0。2、移位寄存器移位寄存器的用处——将其所储存的数据向左或向右移位，以达到计算机在运

7、行过程中所需的功能，例如，用来进行乘法运算等。移位寄存器的电路原理图见2-16所示。可控否？为什么？可控移位寄存器--这个电路也和图2-13控制门一样，只要在每一位的电路上增加一个L门即可以达到控制的目的。SHL——左移（ShifttotheLeft）SHR——右移（ShifttotheRight）3、计数器（Counter）计数器也是由若干个触发器组成的寄存器（什么触发器组成），它的特点是能够把贮存在其中的数字加1。计数器的种类很多，有行波计数器、同步计数器、环行计数器和程序计数器等。1）行波计数器（TravellingWaveCounter）其

8、工作原理图见图2-18所示。计数器时序图（可控否？怎么办？）图2-19为可控计数器的电路原理图