第2章微型计算机的基本组成电路任何一个复杂的电路系统都可以划分为若干电路，这些电路大都由一些典型的电路组成。微型计算机就是由若干典型电路通过精心设计而组成的，各个典型电路在整体电路系统中又称为基本电路部件。本章就是对微型计算机中最常见的基本电路部件的名称及电路原理作一简单介绍。这些基本电路中最主要的是算术逻辑单元(arithmaticlogicalunit，ALU)、触发器(trigger)、寄存器(register)、存储器(memory)及总线结构等。在本章中，数据在这些部件之间的流通过程以及“控制字”的概念也将逐步地引出。所有这些内容都是组成微型计算机的硬件基础。2.1算术逻辑单元ALU的符号一般画成图2.1那样。A和B为两个二进制数，S为其运算结果，control为控制信号(见图1.9的控制线端SUB)。2.2触发器2.2.1RS触发器图2.2图2.4此图中的CLK即为时标脉冲。它与置位信号脉冲S同时加到一个与门的两个输入端；而与复位信号脉冲同时加到另一个与门的两个输入端。这样，无论是置位还是复位，都必须在时标脉冲端为高电位时才能进行。2.2.2D触发器当D端为高电位时，S端为高电位，而通过非门后加到R端的就是低电位，所以此时Q端就是高电位，称为置位。当D端为低电位时，S端为低电位，同时R端变为高电位，所以Q端是低电位，称为复位。图2.6无时标的D触发器是不能协调运行的，图2.6所示是如何为D触发器加上时标的电路。此图和图2.4的道理是一样的，也是增加两个与门就可以接受时标脉冲CLK的控制。时标脉冲CLK一般都是方波，在CLK处于正半周内的任何瞬间，触发器都有翻转的可能。这样计算机的动作就不可能整齐划一。我们总是想由时标CLK来指挥整个机器的行动。因此，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。图2.7与图2.6的区别仅为增加了一个RC微分电路，它能使方波电压信号的前沿产生正尖峰，后沿产生负尖峰。这样，在D端输入信号建立之后，当时标脉冲的前沿到达的瞬间，触发器才产生翻转动作。如果D输入端的信号是在时标脉冲前沿到达之后才建立起来的，则虽然仍在时标脉冲的正半周时间内，也不能影响触发器的状态，而必须留到下一个时标脉冲的正半周的前沿到达时才起作用。这样就可以使整个计算机运行在高度准确的协调节拍之中。图2.7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位(即置1)或清除(即置0)，而与时标脉冲以及D输入端信号无关，这就是所谓预置和清除。这种电路很简单，只要在图2.7的电路中增加两个或门就可以实现，如图2.8所示。边缘触发的D触发器在计算机电路图中常用图2.9的符号来表示。图2.9(a)为正边缘触发的符号，而图2.9(b)为负边缘触发的符号。此二符号之差别在于后者增加了一个所谓汽泡“○”。这实际上是在D触发器的时标CLK的微分电路之后再串联一个非门(反相器)的简化符号。图2.9(c)与前二图之差别，也在于其增加了两个汽泡“○”，这也是代表了增加两个非门于PRESET和CLR端。这样，就必须是低电平到来才能经非门转换成高电平去进行预置和清除作用。2.2.3JK触发器图2.10(1)当J=0，K=0，即J和K都是低电平时，两个与门都被阻塞，无论此时Q和Q是什么状态，由于S和R也是低电平，所以不会改变Q和Q的状态，这种状态称为保持闭锁状态。(2)J=0，K=1，即J为低电平而K为高电平。此时上面的与门被阻塞，即S不可能为高电平，所以也无置位(即使Q=1)的可能。如果此时Q=1，则反馈至下面的与门。在下一个CLK的正脉冲边沿到达时，触发器就产生复位动作(Q=0，Q=1)。如果Q原来为低电平(Q=0，Q=1)，则反馈至下面的与门而使其也被阻塞，所以即使K=1，也没有任何动作产生，触发器仍处于复位状态(Q=0，Q=1)。(3)J=1，K=0，即J为高电平而K为低电平。此时下面的与门被阻塞，即R不可能为高电平，所以也无复位(即使Q=0)的可能。如果此时Q=0，而=1，则反馈至上面的与门，在下一个CLK的正脉冲边缘到达时，触发器就产生置位动作(Q=1，Q=0)。如果Q原来为高电平(Q=1，Q=0)，则反馈至上面的与门而将其阻塞，这样上下两个与门都被阻塞了，触发器就仍处于置位状态(Q=1，Q=0)。(4)J=1，K=1，即J，K同为高电平，则可能使触发器置位(Q=1，Q=0)或复位(Q=0，Q=1)。也就是说，如果原来的状态为Q=0，Q=1，在J=1及K=1而且在CLK的正边缘脉冲到达时，就会翻转到Q=1，Q=0。反之，如果原来的状态为Q=1，Q=0，在J=1及K=1而且在CLK的正边缘脉冲到达时，就会翻转到Q=0，Q=1。所谓翻转，就是触发器的状态改变的意思。下面要讲到