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第2章 微型计算机的基本组成电路 2.1 算术逻辑单元 2.2 触发器 2.3 寄存器 2.4 三态输出电路 2.5 总线结构 2.6 存储器 习题 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(arithmatic logical unit， 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 顾名思义，这个部件既能进行二进制数的四则运算，也 能进行布尔代数的逻辑运算。 第1章已讲过，二进制数的运算电路只能算加法。增加可 控反相器后，又能进行减法，所以上章最后介绍的二 进制补码加法器／减法器就是最简单的算术部件。但 是，只要利用适当的软件配合，乘法也可以变成加法 来运算，除法也可变成减法来运算。 如果在这个基础上，增加一些门电路，也可使简单的 ALU进行逻辑运算。所谓逻辑运算就是指“与”运算和 “或”运算。为了不使初学者陷入复杂的电路分析之 中，本教程不打算在逻辑运算问题上开展讨论。 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)。 图2.1 2.2 触发器 触发器(trigger)是计算机的记忆装置的基本单元，也 可说是记忆细胞。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。 微型计算机所用触发器一般用晶体管元件而不用磁 性元件。这是因为晶体管元件可以制成大规模的 集成电路，体积可以更小些。从晶体管电路基础 中，我们已经知道触发器可以由两个晶体管组成 的对称电路来构成，我们也知道触发电路中有所 谓单稳态触发电路和双稳态触发电路，这里不打 算重复这些电路的原理图和工作特点了。 下面简要地介绍一下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。 2.2.1 RS触发器 RS触发器可以用两个与非门来组成，如图2.2所示。当 S=1而R=0时，Q=1(Q=0)称为置位；当S=0而R=1时， Q=0(Q=1)称为复位。 为了作图方便，以后我们就只用方块来表示，如图2.3就 是RS触发器的符号。 S端一般称为置位端，使Q=1(=0)， R端一般称为复位端，使Q=0(=1) 。 时标RS触发器——为了使触发器在整个机器中能和其他 部件协调工作，RS触发器经常有外加的时标脉冲，如 图2.4所示。 图2.2 图2.3 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。 2.2.2 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 是在RS触发器的基础上引伸出来的，它只需一 个输入端口，图2.5就是D触发器的原理。 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2.5 图2.6 无时标的D触