电子数字计算机工作原理资料

1.3.4 计算机控制器的工作原理
1. 控制器的功能 2. 控制器的组成及工作过程
1. 控制器的功能
（1）定序。 （2）定时
统一的时间标准——时钟和节拍 时钟频率 （3）操作控制。控制器应能按指令规定的内容，在 规定的节源自文库向有关部件发出操作控制信号。
2. 控制器的组成及工作过程
• 触发器可储存一位的数据
5. 并行加法电路
Sn
Cn-1 n
Sn-1
Cn-2 n-1
Bn An
Bn-1 An-1
S2
S1
C2 2 C1 1 C0
B2 A2 B1 A1
6. 加/减法电路
Sn
Sn-1
Cn-1 n
Cn-2
n-1
……
Bn’
=1
An Bn-1’
An-1
=1
Bn
Bn-1
3. 一位加法电路──全加器
0. 1 1 1
被加数
+. 0. 0 1 1
加数
1. 1 1
进位
Ci
1. 0 1 0
和
Si
第i位
1
+
1
1
0
1
1
被加数
Xi
加数
Yi
本位和（Si的中间值）
低位进位
Ci-1
全和
Xi Yi Ci-1
000 001 010 011
Ci Si
00 01 01 10
Xi Yi Ci-1
3. 分级存储
• 为解决速度、容量和成本之间的矛盾。 • 目前的计算机存储器一般分为3级：辅助存储器（也称外
存，如光盘、磁盘、U盘等）、主存储器（也称内存）和 高速缓冲寄存器（cache，简称缓存）。
控制器 运算器
cache 主存储器
辅助存储器
1.3.2 开关电路的逻辑运算与算术运算
1. 用开关实现门电路 2. 逻辑代数的基本定律 3. 一位加法电路──全加器 4. 串行加法电路 5. 并行加法电路
Xi =1
Yi Ci
&
=1
Si
&
≥1
Ci
Xi Yi
Ci
Σ
Ci-1
Si
4. 串行加法电路
控制 CLK
An
移位脉冲
Bn
寄存器 A 寄存器 B
A1
S

C
B1
R 01
清零 C D
4. 串行加法电路中“D触发器的原理”
• 触发器是一种时钟控制的记忆器件，触发器具有一个控制 输入讯号(CLOCK, C端)。CLOCK讯号使触发器只在特 定时刻才按输入讯号改变输出状态。若触发器只在时钟 CLOCK由低电压L到高电压H(H到L)的转换时刻才接收 输入，则称这种触发器是上升沿(下降沿)触发的
1.3 电子数字计算机工作原理
介绍Neumann原理以及Neumann计算机的 关键部件及其工作原理。
1.3.1 Neumann原理 1.3.2 计算机存储器的特点原理 1.3.3 开关电路的逻辑运算与算术运算 1.3.4 计算机控制器的工作原理 1.3.5 一个程序的执行过程
1.3.1 Neumann原理
100 101 110 111
Ci Si
01 10 10 11
• Si = Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1= Xi + Yi + Ci-1
• Ci = Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1= Xi·Yi +（Xi + Yi）·Ci1
1. 用开关实现门电路
+5V A B
+5V A B
+5V A
X A
AB
0
0
&X
0
1
B
1
0
1
1
（1）“与”运算和“与门”
X
AB
A
1 X
0
0
0
1
1
0
B
1
1
（2）“或”运算和“或门”
A
0
A 1 X
1
X
（3）“非”运算和“非门”
X ＝ A ×B 0 0 0 1
X ＝ A +B 0 1 1 1
X＝A 1 0
(4) 分配律
A(B + C) ＝A·B + A·C A + B·C＝(A + B)·( A + C)
(5) 交换律
A + B＝B + A A·B＝B·A
(6) 结合律
(A + B) + C＝A + (B + C) (A·B)·C＝A·(B·C)
(7) 反演律
A·B·C·…＝A + B + C + … A + B + C + …＝A·B·C·…
几种基本组合逻辑电路
名称 缓冲门 与非门 或非们 异或门 同或门
符号
A
X
1
A
& X
B
A
1 X
B
A
=1 X
B
A
=1 X
B
逻辑表达式 X=A
X=A·B=A+B X=A + B= A·B X=A B=A·B+A·B X=A ·B=A ·B + A ·B
真值表 ABX
0
0
1
1
001 011 101 110
• 在电子时代首先提出将程序存储控制原理运用到 计算机中的就是著名的Von Neumann。Neumann。 他于1946年6月出版的《关于电子计算机逻辑设计 的初步讨论》报告中提出：
（1）指令要像数据那样存放在存储器中，并且可以 像数据那样进行处理；
（2）要使用二进制； （3）电子数字要采用程序存储控制原理进行工作，
S2
S1
C2 2 C1 1 C0
B2’ A2 B1’ A1
=1
=1
B2
B1
SUB
当SUB＝0时，有
Bi’＝Bi·SUB + Bi·SUB＝Bi·0 + Bi·1＝Bi 进行的是A + B；
当SUB＝1时，有
Bi’＝Bi·SUB + Bi·SUB＝Bi·1 + Bi·0＝Bi 进行的是A - B。
12345671 12345672
中取出数据或指令的
12345673
方法是预先编号，按
12345674
照号码进行。这些号
┆
┆
码就称为存储单元的
地址。
2. 所存储的内容“取之不尽，新来旧去”
• 现在的存储器都是电或磁元件做成。其存储原理 就像磁带一样，存进之后，无论怎样使用（读）， 都不会消失；但只要存进（写入）新的内容，旧 的内容就不复存在。
所以需要有存储器、计算器、控制器、输入设备 和输出设备5部分组成。
1.3.2 计算机存储器的特点原理
1. 按照地址进行存取 2. 所存储的内容“取之不尽，新来旧去” 3. 分级存储
1. 按照地址进行存取
• 计算机的存储器就像
地址
单元
中药铺中的药盒——
00000000
称存储单元，密密麻
┆
┆
麻地排在一起，要往 里放数据或指令或从
001 010 100 110
000 011 101 110
001 010 100 111
2. 逻辑代数的基本定律
(1) 关于变量与常量的关系
A + 0＝A A + 1＝1 A + A＝1
A·0＝0
A·1＝A A·A＝0
(2) 重复律
A·A＝A A + A＝A
(3) 吸收律
A + A·B＝A A·(A + B)＝A