第3章微型计算机的基本工作原理目录微型计算机的基本功能微机基本工作原理3.1微型计算机结构的简化形式图3.1主要部件(1)程序计数器PC(2)存储地址寄存器MAR(3)可编程序只读存储器PROM图3.2(4)指令寄存器IR(5)控制部件CON(6)累加器A(7)算术逻辑部件ALU(8)寄存器B(9)输出寄存器O(10)二进制显示器D功能分解(1)中央处理器(2)存储器(3)输入及输出接口3.2指令系统指令系统例：一个计算程序执行过程说明3.3程序设计过程3.3.1操作码表3.3.2存储器分配3.3.3将源程序翻译成目的程序指令区数据区3.3.4程序及数据的输入方法示例图3.3说明程序执行累加器A中存放的数据3.4执行指令的例行程序3.4.1环形计数器及机器节拍3.4.2取指周期及执行周期(1)地址节拍(2)储存节拍(3)增量节拍示例(续)(4)T3=1(5)T4=1(6)T5=1示例(第2条指令)示例(第3、4、5条指令)示例(第6、7条指令)3.5控制部件3.5.1指令译码器图3.5LDA指令ADD指令SUB指令OUT和HLT指令3.5.2控制矩阵图3.6说明LDA=1LDA=1(续)控制字实现方法3.5.3其他控制电路图3.7时钟脉冲发生器运行／停车触发器“启动”和“清除”按钮3.6微型计算机功能的扩展图3.81.子程序计数器SC2.程序计数器PC3.随机存取存储器RAM4.控制部件CON5.算术逻辑部件ALU6.变址寄存器X7.指令寄存器IR7.指令寄存器IR扩充后的指令系统1.访问存储器指令2.转移指令3.逻辑运算指令3.7初级程序设计举例例3.1程序清单例3.1指令执行结果R0LDA6HA中的内容=25(10)R1SUB7HA中的内容=25-9=16(10)R2JAM5H因为(A)≠负，所以不转移R3JAZ5H因为(A)≠0，所以不转移R4JMP1H无条件转移至R1从R1起再执行第2次：R1SUB7HA中的内容=16-9=7(10)R2JAM5H因为(A)≠负，所以不转移R3JAZ5H因为(A)≠0，所以不转移R4JMP1H无条件转移至R1从R1起再执行第3次：R1SUB7HA中的内容=7-9=-2(10)R2JAM5H因为(A)=负，所以转移至R5R5HLT停机这个程序可以理解为求(R6)÷(R7)的除法运算。这里是25÷9，除的结果应得商为2，余数为7。程序循环运行的次数即为商，余数即为第2次执行后A中的内容。【例3.2】循环程序第1次执行结果：R0LDX5H(X)=(R5)=3(10)R1DEX(X)=3-1=2(10)R2JIZ4H因为(X)≠0，所以不转至R4R3JMP1H无条件转回R1第2次执行结果：R1DEX(X)=2-1=1(10)R2JIZ4H因为(X)≠0，所以不转至R4R3JMP1H无条件转回R1第3次执行结果：R1DEX(X)=1-1=0R2JIZ因为(X)=0，所以转至R4R4HLT停机由此例可见，DEX至JIZ这两条指令之间要执行由“LDXR5”中所规定的次数(R5的内容就是次数)。此例R5=3(10)，所以执行3次。如R5=10(10)，则将进行10次，R5=100(10)，则将进行100次。这个循环程序可以图3.9的流程图(见教材60页)来领会其执行过程。如果在DEX和JIZ之间还有别的指令语句，则同样也得执行3次。在DEX和JIZ之间的内容称为循环体。例3.3乘法计算的程序例3.3例3.3例3.4逻辑运算的例子例3.4程序清单例3.4解释例3.4解释例3.4解释例3.5子程序设计例3.5程序清单例3.5程序执行过程例3.5程序执行过程例3.5程序执行过程例3.5程序执行过程3.8控制部件的扩展图3.10说明控制矩阵助记符LDA图3.11LDA执行过程LDA执行过程3.9现代技术在微型计算机中的应用3.9.1流水线技术以“取／执行”工作中要完成的几个操作为例。在这一个工作周期中要完成以下操作：(1)取指令：CPU去主存储器寻址，读出指令字并送入指令寄存器。(2)指令译码：翻译过程可以用译码器或微程序控制单元来实现。(3)地址生成：很多指令要访问存储器中的操作数，操作数的地址也许在指令字中，或要经过某些运算。(4)取操作数：当运算指令要求操作数时，就需再访问存储器，对操作数进行寻址并读出。(5)执行指令：最后指令由ALU执行。这种串行运行的顺序如图3.12(a)所示。而流水线操作就有可能使某些操作重叠。如在上一条指令在执行时就顺序从存储器中取下一条指令，如图3.12(b)所示。并行操作就可加快一段程序的运算过程。图3.12说明3.9.2高速缓冲存储器图3.13工作过程3.9.3虚拟存储器解决方法课后作业