正文 第四章 計算機工作的邏輯基礎(二)(2 / 3)

四、半導體儲存器

目前,主存儲器普遍使用半導體存儲器,一塊存儲芯片可存儲,數千至上千萬位信息。就其原理可分為兩類:靜態存儲器與動態存儲器。

靜態存儲器的每一位采用一個雙穩態觸發器,與R-S觸發器原理相似,也是應用交叉反饋來保存信息,隻是在具體電路上有些不同。隻要電源電壓正常就能長期保存信息,電源斷電(俗稱掉電),電路無法工作,也就不存在交叉反饋功能,因而信息將丟失。

動態存儲器的每一位采用1至2個電容(也是集成在芯片內,使用者看不見)保存信息,電容上充有電荷狀態為1,電容器放電至沒有電荷的狀態為0。動態存儲芯片的工作同樣要依賴正常的電源電壓,電源斷電就無法工作。除此之外,在正常工作過程中由於電路中總會有一些漏電流,電容上泄放掉,如不及時補充電量,信息就會丟失。所以要采取定期補充電量的辦法,即定期地將存儲器所存儲的信息內容讀出一遍,並按讀出的內容重寫一遍,這種措施珠為“刷薪”,相應地這種存儲動態存儲器。而不需要動態刷新的存儲器就叫做靜態存儲器。

五、磁表麵存儲器

磁盤與磁帶是目前廣泛使用的外存儲器,它們的工作原理是將信息記錄在特殊的磁性材料薄層中,所以稱為磁表麵存儲器當流過寫入電流時,記錄磁頭就在磁層上留下一個相應的磁化區,在這部分磁爲受到新的磁化之前,磁化狀態能夠長久地保留下來。讀出時,記錄有數字信息的磁層經過讀出磁頭,由於磁層上磁化狀態變化,磁頭上的讀出線圈會產生相應的感應電勢信號,經過放大與變換,就能讀出磁層上的記錄信息。

至此,我們已討論了幾種存儲信息的物理機製和相應的邏輯電路基礎。在CPU與各種邏輯部件中,用觸發器與寄存器存儲信息。在主存儲器中集成了許多存儲二進製信息的基本單元,這些單元或者是雙穩態觸發器,或者是能存儲電荷的電容與相應的控製管。在磁盤、磁帶一類外存儲器中,則以能長期保留的不同磁化狀態記錄0或1。

4.4計算機怎樣傳送信息

典型的指令執行過程大致如下:從存儲器中讀取指令,送至指令寄存器根據指令提供的地址信息,先後從存儲器中讀取二個操作數到CPU中的運算部件,進行指定的運算,然後將運算部件的輸出即運算結果,寫入主存儲器某單元。可見計算機的操作基本上可歸結為控製信息與數據信息的傳送,因此對計算機操作的控製,也可歸之為對信息傳送的控製,計算機的微操作命令大部分屬於控製傳送的命令。相應地傳送控製邏輯,也是計算機電路中的主要邏輯形態之一。

一、用與非門控製信息傳送

為了實現信息傳送,需要用導線將發送點與目的地之間連接起來,但是如何控製傳與不傳呢?這就需要在傳送路徑中設置一些控製門邏輯電路。對單路信息傳送的控製,常用與門或者與非門。

與非門的特性是“全1則0,—0則1”,可以利用這一特性將需傳送的信息送往輸入端之一,其餘一個或者數個輸入則作為控製條件。

例1:用與非門控製數據的傳送。

欲將d寄存器內容送往5寄存器的輸入端屍,令控製條件(命令)為,這是一個邏輯變量,按其作用標注為命題“將3送往/"”的符號描述形式。給出了其中一位的傳送控製遂輯。將待傳數字(寄存器第1位)送到與非門的一個輸入端,另一輸入端接控製命令。

不管待傳信息是0或是1,輸出F都固定為0。我們稱這種狀態為“關門”,不傳送,信息被與非門封鎖未能通過,或者簡單地說成是“沒有輸出”,實則是指沒有與輸入相對應的輸出。

標注方法既能清晰地區分輸入代碼端與控製端,而且能表明一旦控製端為1(開門)時所要實現的傳送操作含意。

例2:用與非門控製發送脈衝。

計算機中往往采取這樣的方式,一旦接通電源開關,就有一個振蕩器開始工作,連續地發出主脈衝再經過某些控製條件將主脈衝m引作各寄存器的同步打入脈衝CP。所示,將待發送的脈衝源m送至控製門的一個輸入端,另一個輸入端接控製條件若r=l,門打開,將有與m相應的脈衝CP輸出。若T=0,第二級門的輸出固定為0,即CP=0,不發脈衝。這就形成一個能控製脈衝CP發與不發的邏輯電路,從而能夠有選擇地將結果送往指定寄存器。例如,我們用兩套類似的控製邏輯分別地產生若發封鎖CPB,可將運算結果送往3寄存器;如果發CPB而封鎖CPA,則運算結果送往S寄存器。

上述二例表明,可用與非門控製電平信號與脈衝信號的傳送,在計算機中為控製信息傳送所需發出的微命令(最基本的命令)往往是兩種形態:開、關門的電平信號與定時脈衝。電平信號靠電平高低起作用,脈衝信號靠其邊沿(上升邊或下降邊)起作用。

二、用與或非門實現多路選擇

CPU中設置了若幹寄存器,其中可能參與運算的寄存器將各自的輸出按位連接到運算器輸入端,執行程序時根據指令的指定,從中選擇與本次運算有關的操作數。這就存在一個從多路輸入中選擇其一,即多路選擇的控製問題。在計算機中常用與或非門進行控製,這是傳送控製邏輯的又一常見形態。

例:某加法器的一個輸入端可能接受來自3、5、C三個寄存器的數據,現用與或非門從中選擇一個操作數。

對其中第1位的選擇控製邏輯。如前所述,與或非邏輯包含若幹小組(項)小組內各輸入相與,小組之間相或。將供選擇的三個寄存器內容分別送往三個小組中的一個輸入端,各小組的另一輸入則分別接控製電平信號,按傳送邏輯命題的含意,將這三個控製信號分別命名為:5—E、C-E,表示將寄存器內容傳至加法器E的輸入端。

4.5其它常用邏輯部件簡述

除了運算邏輯、存儲邏輯、傳送邏輯這三種最基本的邏輯部件之外,計算機中還需要其它的一些部件,如編碼器、譯碼器、計數器等,下麵再舉一些例子,供讀者選學。

一、編碼器

按某種規律形成一組代碼,這種工作叫做“編碼”。最常見的編碼是由一個輸入信號轉換為由多位組成的一組編碼,可稱為“1—多”轉換。例如,在鍵盤上按一個鍵,相當於接通一個開關,產生一個信號,高電平或低電平,通過編碼電路可將這個信號變為四位一組的8421碼或者是位一組的ASCII碼。如果按另一個鍵,則產生另一組代碼輸出。因此編碼器也可以用邏輯電路來實現。它有若幹輸入線,某一時刻隻有一個輸入起作用。例如一個8421碼編碼器,分別接有0-9個數字鍵信號,某一按鍵時刻隻有被按下的那個鍵起作用。編碼器有若幹根輸出線,對應於輸出編碼的各位;不同輸入信號,輸出代碼的組合不同,例如按“1”鍵,編碼輸出0001,按“2”鍵,則編碼輸出為0010。