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(微型计算机的基本工作原理

微型计算机的基本工作原理

教学重点：8086的操作和时序

教学难点：8086的操作和时序

教学时数：6学时

教学内容：8086指令系统，初级程序设计，8086的操作和时序，控制部件和微型计算机功能的扩展，现代技术在微型计算机中的应用

教学方式：课堂讲授

教学要求：

了解8086的指令系统，并能理解初级的程序。

理解指令周期的概念，重点掌握8086指令操作与时序的关系。

掌握控制部件的构成及其在时序控制下的工作步骤。

微型计算机的基本功能可概括为“三能一快”：能运算(加、减、乘、除)、能判别(大于、小于、等于、真、假)及能决策(根据判别来决定下一步的工作)。但所有这些“能”的过程都必须建立在“快”的基础上才能有实际意义。

2.1 微型计算机结构的简化形式

为了易于分析和理解，我们先来介绍一个简化了的微型计算机，如图2.1(a)所示。其硬件结构特点如下：

(1) 功能简单：只能做两个数的加减法。

(2) 内存量小：只有一个16×8PROM(可编程序只读存储器)。

(3) 字长8位：二进制8位显示。

(4) 手动输入：用拨动开关输入程序和数据。

图2.1 微型计算机的简化结构及功能分解图

1. 程序计数器PC

计数范围由0000～1111(用十六进制可记作由0～F)。

每次运行之前，先复位至0000。当取出一条指令后，PC应加1。

2. 存储地址寄存器MAR

接收来自PC的二进制程序号，作为地址码送至PROM去。

3. 可编程序只读存储器PROM

原理：每条横线与竖线都有一条由开关和二极管串联的电路将它们连接起来。因此，只要拨动开关，即可使该数据位置1或置0，从而达到使每个存储单元“写入”数据的目的。因而称这种ROM为可编程序ROM。PROM实际上同时具有RAM和ROM的功能。

4. 指令寄存器IR

IR从PROM接收到指令字(当LI=1，ER=1)，同时将指令字分送到控制部件CON和W总线上去。

指令字是8位的：

××××　　××××

MSB　　　　LSB

最高有效位 最低有效位

左4位为最高有效位(高4位)，称为指令字段；右4位为最低有效位(低4位)，称为地址字段。

5. 控制部件CON

其功能如下：

(1) 每次运行之前，CON先发出CLR=1，使有关的部件清0。此时：

PC=0000

IR=0000　0000

(2) CON有一个同步时钟，能发出脉冲CLK到各个部件去，使它们同步运行。

(3) 在CON中有一个控制矩阵CM，能根据IR送来的指令发出12位的控制字：

CON=CPEPLMER LIEILAEASUEULBLO

根据控制字中各位的置1或置0情况，计算机就能自动地按指令程序而有秩序地运行。

6. 累加器A

用以储存计算机运行期间的中间结果。它能接收W总线送来的数据(LA=1)，也能将数据送到W总线上去(EA=1)。它还有一个数据输出端，将数据送至ALU去进行算术运算。这个输出是双态的，即是立即地送去，而不受E门的控制。

7. 算术逻辑部件ALU

它只是一个二进制补码加法器／减法器。当SU=0，ALU，进行加法A+B；当SU=1，ALU，进行减法A-B，即(A+B′)。

8. 寄存器B

将要与A相加减的数据暂存于此寄存器。它到ALU的输出也是双态的，即无E门控制。

9. 输出寄存器O

计算机运行结束时，累加器A中存有答案。如要输出此答案，就得送入O。此时EA=1，LO=1，则O=A。

典型的计算机具有若干个输出寄存器，称为输出接口电路。这样就可以驱动不同的外围设备，如打印机、显示器等。

10. 二进制显示器D

这是用发光二极管(LED)组成的显示器。每一个LED接到寄存器O的一位上去。当某位为高电位时，则该LED发光。因为寄存器O是8位的，所以这里也由8个LED组成显示器。

这种结构，一般可分成3大部分，如图3.1(b)的功能分解图所示：

(1) 中央处理器CPU(包括PC，IR，CON，ALU，A及B)；

(2) 记忆装置M(MAR及PROM)；

(3) 输入／输出I／O(包括O及D，D也可称为其外围设备)。

中央处理器(central processing unit,缩写为CPU)是将程序计数功能(PC)、指令寄存功能(IR)、控制功能(CON)、算术逻辑功能(ALU)以及暂存中间数据功能(A及B)集成在一块电路器件上的集成电路(IC)。实用上的CPU要比这里的图例更为复杂些，但其主要功能是基本一样的。

存储器M(memory)在此图例中只包括存储地址寄存器(MAR)及可编程存储器(实际还包括了地址译码功能)，