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[嵌入式]《计算机是怎样跑起来的》第二章 试着制造一台计算机吧

README:
(1)本文部分内容摘取自 [日]矢泽久雄的《计算机是怎样跑起来的》 一书。
(2)本文是对该书的重点进行了提取,有点类似于书摘。
(3)由于部分知识点在书中表述过于冗长和晦涩,所以本人对其进行了通俗的“翻译”
(4)本文思维导图源PDF文件已上传至CSDN资源,可下载参阅。
(5)部分内容可能不够准确,部分重点未提及等问题还望您在评论区留言、指正,本人也会及时的进行修改。
?感谢您的谅解与支持!!!

思维导图

在这里插入图片描述

一、问题

1. Hz是表示什么的单位?
答: Hz(赫兹)是频率的单位。通常用Hz来表示驱动CPU运转的时钟信号的频率。1秒发出1次时钟信号就是1Hz。

二、电路图组成

1.时钟信号
???? ?这种电信号的作用是隔一定时间就变换一次电压的高低。
2.时钟发生器
???? ?输出时钟信号的元件叫作“时钟发生器”。时钟发生器中带有晶振,根据其自身的频率(振动的次数)产生时钟信号。时钟信号的频率可以衡量CPU的运转速度。
3.指拨开关
???? ? 一种由8个开关并排连在一起构成的元件
4.LED(发光二极管)
5.电阻
???? ?用于阻碍电流流动、降低电压值的元件:单位是Ω(欧姆)。
6.电容
???? ?存储电荷的元件,具有存储电荷的能力;单位是F(法拉)。

三、电路图的读法

1.电路中有些地方有交叉,但若只是交叉在一起的话,并不表示电路在交叉处构成通路。只有在交叉处再画上一个小黑点才表示构成通路。
2.IC的引脚

(1)按照逆时针方向依次带有一个从1开始递增的序号。
(2)数引脚序号时,要先把表示正方向的标记。
(3) 画图时,在引脚的旁边写上引脚的序号,在表示IC的矩形符号中写上表明该引脚作用的代号。
①RD(Read)表示执行读取操作
②WR(Write)表示执行写入操作
3.IC带有Vcc引脚和GND引脚。Vcc和GND引脚用于为IC供电。

四、连接电源、数据和地址总线

1.5V表示1, 0V表示0,数字IC就是在用二进制的形式收发信息
2.比特是信息的最小单位,字节是信息的基本单位。 1个二进制数1比特,8个二进制数1字节
3.CPU
(1)地址总线引脚 address(A)
(2)数据总线引脚 data(D)
(3) CPU可以与内存或I/O进行数据的输入输出。

五、连接I/O

1.寄存器是位于CPU和I/O中的数据存储器。
2.若表示IC引脚作用的代号上划有横线,则表示通过赋予该引脚0(0V)可使之有效,反之若没有横线,则表示通过赋予该引脚1(+5V)可使之有效。
3.NC(No Connection,未连接)
4.对于只用于输出的引脚,不需要使用时的处理方法是这个引脚什么都不连接;而对于只用于输入或输入输出两用的引脚,不需要使用时的处理方法则是把这个引脚上的电压固定成是+5V或0V。


六、连接时钟信号

???? ?为了传输时钟信号,就需要把时钟发生器的引脚CPU的CLK (CLK即Clock,时钟)引脚、IO的CLK引脚分别连接起来。 时钟发生器的引脚与+5V之间的电阻 用于清理时钟信号

七、 连接用于区分读写对象是内存还是I/O的引脚

1.CPU上的引脚MREQ为0时,表示访问内存,IORQ为0时表示访问PIO寄存器,即I/O.
2.对内存和I/O而言,还必须要分清CPU是要输入数据还是输出数据。
3.RD引脚(即Read,表示输入,为0时执行输入操作)
4.WR引脚(即Write,表示输出,为0时执行输出操作)

八、连接剩余的控制引脚

1.这些引脚上输入输出的电信号具有控制IC的功能
2.M1引脚(即Machine Cycle 1,机器周期1),是用于同步的引脚
3.INT引脚(即Interrupt,中断),发出中断请求的引脚
(1)中断就是让CPU根据外部输入的数据执行特定的程序。
(2)I/O可以中断CPU正在执行的程序的处理流程
4.RESET引脚(即Reset,重置) 上的值先设成0再还原成1, CPU就会被重置,重新从内存0号地址上的指令开始顺序往下执行。
(1)重置CPU可以通过按键开关完成。
(2)电阻是为了防止短路而加入的,否则一旦按下了按键开关,+5V和0V就会直接接到一起发生短路。
(3) 连接在RESET引脚上的电容,用于在电路接通电源时自动重置CPU。
5.总线是连接到CPU中数据引脚、地址引脚、控制引脚上的电路的统称。
6.将BUSRQ引脚的值设为0,则CPU从电路中隔离。当处于这种隔离状态时,就可以不通过CPU,手动地向内存写入程序了。
(1)不经过CPU而直接从外部设备读写内存的行为叫作DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问)。
7.当CPU从电路中隔离后,BUSAK引脚(即Bus Acknowledge,响应总线请求)上的值就会变成0
8.其他控制引脚并未使用,所以要把WAIT引脚NMI引脚上的值设为1,即连接到+5V上。
(1)之所以在连接时加入电阻,是为了便于今后加入开关等元件
(2)上拉(Pull-up),指的就是像这样通过加入电阻把元件的引脚和+5V连接起来。
9.CPU在时钟信号的控制下解释、执行内存中存储的程序,按照程序中的指令从内存或I/O中把数据输入到CPU中,在CPU内部进行运算,再把运算结果输出到内存或I/O中。

九、连接外部设备,通过DMA输入程序

1.如果这些开关直接连接到各个引脚上,在程序执行时,开关的状态就会对电路产生影响。--------------在程序执行时把开关从电路中隔离出来。
2.“三态总线缓冲器”在这个IC的电路图符号中,有用三角形标志代表的缓冲器,表示使电信号从右向左直接通过。-------------------信号同时为0时通过,同时为1时隔离。

十、连接用于输入输出的外部设备

1.末端带有一个小圆圈的三角形符号表示反相器,作用是将左侧输入的电信号反转后(即0变1、1变0)输出到右侧。



附件1:原书电路图

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加:2022-06-29 19:16:14  更:2022-06-29 19:16:43 
 
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