8寄存器讲义与存储器
计算机组成原理中的寄存器与内存
计算机组成原理中的寄存器与内存计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心课程，它涵盖了计算机系统的硬件组成和工作原理。
在计算机组成原理中，寄存器和内存是两个重要的概念，它们在计算机的数据存储和处理过程中起着至关重要的作用。
本文将从寄存器和内存的定义、功能和作用以及它们在计算机中的应用等方面进行论述。
一、寄存器的定义和功能寄存器是一种存储数据的硬件装置，位于CPU（中央处理器）内部，用于临时存储和处理数据。
它是CPU的一部分，其容量较小但速度非常快，其读写速度比内存更快。
寄存器通常由一组存储单元组成，每个存储单元可以存储一个字节（8位），并且每个存储单元都有唯一的地址。
寄存器在计算机系统中具有如下功能：1. 数据存储：寄存器是用来存储数据的，它可以临时保存在计算机需要处理的数据，例如需要进行算术运算的数据、需要进行逻辑判断的数据等。
2. 指令存储：寄存器还可以存储指令，计算机从内存中读取指令后，将指令暂时存放在寄存器中，然后再执行指令所需的操作。
3. 地址存储：寄存器还可以存储内存地址。
在计算机执行程序时，需要从内存中读取数据或将数据写入内存，此时CPU会将需要访问的内存地址存储在寄存器中。
4. 运算操作：寄存器具有一定的运算能力，可以进行算术运算、逻辑运算等操作，例如加法、减法、与运算、或运算等。
寄存器的功能强大且灵活，它在计算机的数据处理过程中起到了举足轻重的作用。
二、内存的定义和功能内存是计算机中用于存储数据和程序的设备，它相对于寄存器来说容量较大，读写速度相对较慢。
内存是计算机系统中的一个重要组成部分，也是存储数据的主要场所。
内存在计算机系统中具有如下功能：1. 数据存储：内存是用来存储程序和数据的，它可以存储计算机需要处理的各种数据，包括数字、字符、图像、声音等。
2. 程序执行：计算机系统将程序从内存中读取到寄存器中，然后在CPU中执行。
内存中存储的程序是CPU实际执行的指令。
3. 随机访问：内存中的数据可以进行随机访问，即可以根据数据的地址直接读取或写入数据。
寄存器的工作原理
寄存器的工作原理寄存器是计算机中的一种重要组件，用于存储和处理数据。
它是一种高速的存储器件，通常与中央处理器（CPU）紧密结合，用于临时存储和操作数据。
寄存器的工作原理涉及到数据的存储、读取和处理过程。
1. 寄存器的存储功能：寄存器可以存储二进制数据，其存储单元由一组触发器构成。
每个触发器可以存储一个二进制位（0或1），而寄存器的位数决定了它可以存储的数据量。
例如，一个8位寄存器可以存储8个二进制位，即一个字节的数据。
2. 寄存器的读取功能：当CPU需要读取寄存器中的数据时，它会发送一个读取指令给寄存器。
寄存器会根据指令的地址来选择相应的存储单元，并将存储的数据发送给CPU。
读取操作是非常快速的，因为寄存器通常直接与CPU连接，数据传输速度非常高。
3. 寄存器的处理功能：寄存器不仅可以存储数据，还可以进行一些简单的逻辑和算术运算。
例如，加法器寄存器可以将两个二进制数相加，并将结果存储在寄存器中。
这样，CPU可以直接在寄存器中进行一些简单的运算，而不需要访问内存或其他外部设备。
4. 寄存器的工作模式：寄存器可以工作在不同的模式下，以满足不同的需求。
常见的寄存器工作模式包括存储器模式、计算模式和移位模式。
在存储器模式下，寄存器用于存储数据；在计算模式下，寄存器用于进行算术和逻辑运算；在移位模式下，寄存器用于移位操作，例如将数据向左或向右移动一定的位数。
5. 寄存器的应用：寄存器在计算机系统中有广泛的应用。
它们用于存储CPU的指令和数据，用于保存中间计算结果，以及用于控制和管理计算机系统的各个部件。
不同类型的寄存器有不同的功能，例如通用寄存器用于存储临时数据，程序计数器用于存储下一条指令的地址，状态寄存器用于存储CPU的状态信息等。
总结：寄存器是计算机中的一种重要组件，用于存储和处理数据。
它具有高速的读写速度和临时存储的功能，可以进行简单的逻辑和算术运算。
寄存器的工作原理涉及到数据的存储、读取和处理过程，通过不同的工作模式来满足不同的需求。
《存储器和寄存器》课件
案例三：新型存储器技术的二
详细描述
新型存储器技术的优势和发展趋势
随着技术的不断发展，新型存储器技术如相变存储器、阻 变存储器和闪存等逐渐崭露头角。这些新型存储器技术具 有更高的性能和更低的功耗，为未来的存储器市场带来巨 大的潜力。研究新型存储器技术的进展，有助于推动存储 器技术的不断创新和应用。
02
寄存器详解
寄存器的定义与功能
总结词
寄存器是一种用于存储二进制数的电子 元件，具有存储数据和参与运算的功能 。
VS
详细描述
寄存器是由多个触发器构成的组合逻辑电 路，可以存储一组二进制数。这些数可以 是数据、地址或控制信号。寄存器的主要 功能是存储数据，以便在运算、传输和控 制等操作中使用。
寄存器的分类
寄存器的应用场景
总结词
寄存器在计算机和其他数字系统中具有广泛的应用。
详细描述
在计算机中，寄存器用于存储指令、地址和数据等信息，是计算机内部进行运算和控制的核心部件之 一。在数字系统中，寄存器用于传递数据和控制信号，实现数据的并行处理和高速传输。此外，寄存 器还用于实现各种数字逻辑功能，如计数器、移位器和比较器等。
存储器的应用场景
计算机系统
数据中心
作为计算机系统的核心组成部分，存储器 用于存储操作系统、应用程序、数据和指 令。
数据中心需要大规模、高可靠性的存储设 备来支持云计算和大数据处理。
嵌入式系统
嵌入式系统中的存储器用于存储程序代码 、配置参数和运行时数据。
游戏机、智能手机等消费电子产 品
这些设备中的存储器用于保存用户数据、 应用程序和操作系统。
应用领域拓展
云计算和大数据
随着云计算和大数据技术的快速发展 ，存储器和寄存器的应用将更加广泛 ，需要支持大规模数据存储和处理， 满足高并发、低延迟的需求。
寄存器结构、存储器管理
08
例： MOV AX, [BX+03H]
CX——Count可以作计数寄存器使用。 在循环LOOP指令和串处理指令中用作隐含计数器。 例： MOV CX , 200H AGAIN: …… …… LOOP AGAIN ；（CX)-1(CX),结果0转AGAIN DX——Data可以作为数据寄存器使用。 一般在双字长乘除法运算时， 把DX和AX组合在一起存放一个双字长(32位)数，DX用来存放高16位; 对某些I/O操作DX可用来存放I/O的端口地址（口地址 256）。 例： MUL BX ; (AX)(BX)(DX)(AX) 例: IN AL , DX
奇偶标志PF（Parity Flag）
若算术运算的结果有溢出，则OF＝1；
否则 OF＝0
3AH + 7CH＝B6H，产生溢出：OF＝1 AAH + 7CH＝（1）26H，没有溢出：OF＝0
溢出标志OF（Overflow Flag）
3AH＋7CH＝B6H，就是58＋124＝182，
什么是溢出
处理器内部以补码表示有符号数 8位表达的整数范围是：＋127 ~ －128 16位表达的范围是：＋32767 ~ －32768 如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出 有溢出，说明有符号数的运算结果不正确
01
AX——（Accumulator）作为累加器。
02
它是算术运算的主要寄存器，
03
所有I/O指令都使用这一寄存器与外部设备交换数据。
04
例： IN AL , 20H
05
OUT 30H , AX
06
BX——Base用作基址寄存器使用。
07
在计算内存储器地址时，经常用来存放基址。
0
8寄存器与存储器知识讲解
分频器的输出波形：
4分频波形
小结: 74LS138译码器地址输入端A2A1A0（CBA）的取值， 决定了分频比，将CBA代表的二进制数转换成十进制数再加1，
即为分频系数。 思考： 若ABC=000,001、---111分别是多少分频器？
2020/10/8
作业题
6.4、6.5、6.6
2020/10/8
1．单向移位寄存器
（1）右移位寄存器
串行 数据 输入
清零端
2020/10/8
同步移位时 钟输入端
工作过程：
假设要传送数据1011。
10 12
3 4
1 1 0
1
0 1 1
0
0 0 1
1
0 0 0
1
串入串出：前触发器输出端Q与后数据输入端D相连接。当时 钟到时，加至串行输入端DSR的数据送Q0，同时Q0的数据右移 至Q1，Q1的数据右移至Q2，以此类推。将数码1101右移串行输 入给寄存器共需要4个移位脉冲
项目八 寄存器与 存储器及应用
8.1 寄存器 8. 2 存储器 8.3 寄存器与存储器例表 本章小结
2020/10/8
主要内容
寄存器的功能、分类、结构、工作原理； 存储器的功能、分类、结构、工作原理； 寄存器、存储器的应用。
主要技能
寄存器与存储器的正确使用技能和功能测试技能； 熟练应用寄存器和存储器构成具特定功能的逻辑电路； 能完成电路的安装与功能调试。
2020/10/8
３．存储器的分类： 按照内部信息的存取方式可分为：
随机存取存储器RAM：存放临时性的数据或中间结果。 只读存储器ROM：存放永久性的、不变的数据。
随机存取存储器RAM按硬件结构可分为： 静态存储器（SRAM） 动态存储器（DRAM） 只读存储器ROM按数据输入方式可分为： 掩膜式存储器（ROM） 可编程存储器（PROM） 可擦除存储器（EPROM）
计算机组成原理中的存储器与寄存器
计算机组成原理中的存储器与寄存器计算机组成原理是计算机科学和工程领域中的基础课程，它涉及到计算机的各个组成部分以及它们之间的工作原理。
存储器和寄存器是计算机重要的组成部分，它们在数据存储和数据传输方面起到了至关重要的作用。
本文将深入探讨计算机组成原理中的存储器与寄存器。
一、存储器存储器是计算机用于存储和访问数据的物理组件。
它由一组存储单元组成，每个存储单元可以存储一个固定大小的数据。
存储器根据其访问方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
1. 随机存储器（RAM）随机存储器是计算机中最常用的存储器类型之一。
它具有随机访问的能力，即可以直接访问任何存储单元。
RAM是易失性存储器，当计算机断电时，其中的数据将会丢失。
它主要用于存储临时数据和程序指令。
2. 只读存储器（ROM）只读存储器是一种不可更改的存储器，其中的数据在计算机断电时依然保持不变。
ROM常用于存储计算机的固件和启动程序等无需修改的数据。
与RAM不同，ROM无法直接修改其中的数据，因此被称为只读存储器。
二、寄存器寄存器是计算机中最快速的存储器，它被用于执行计算和数据传输等临时性操作。
寄存器具有很高的读取和写入速度，但其容量较小。
计算机中的寄存器包括通用寄存器、特殊寄存器和程序计数器等。
1. 通用寄存器通用寄存器是一类用于存储操作数和计算结果的寄存器。
它们具有固定的位数，通常为32位或64位。
通用寄存器可以存储整数、浮点数和指针等不同类型的数据。
在计算机执行程序时，通用寄存器被广泛用于数据的传递和临时存储。
2. 特殊寄存器特殊寄存器包括程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）和状态寄存器等。
程序计数器用于存储下一条要执行的指令地址，指令寄存器用于存储当前正在执行的指令，而状态寄存器用于存储计算机的运行状态信息，如标志位等。
三、存储器与寄存器的作用和区别存储器和寄存器在计算机中起着不同的作用。
1. 存储器的作用存储器主要用于存储程序和数据，可以实现数据的长期保存。
存储器与寄存器设计
存储器与寄存器设计1. 导言在计算机系统中，存储器和寄存器是两个重要的组成部分。
存储器用于存储数据和指令，而寄存器则用于临时存放和处理数据。
本文将重点论述存储器和寄存器的设计原则和方法。
2. 存储器设计存储器是计算机系统中用于存储数据和指令的设备。
其设计需要考虑容量、速度、稳定性和可靠性等因素。
2.1 存储器类型常见的存储器类型包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存等。
在设计存储器时，需要根据应用需求选择合适的类型。
2.2 存储器组织结构存储器的组织结构分为层次式结构和平坦式结构。
层次式结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器，其中高速缓存用于提高读写速度。
平坦式结构指主存储器和辅助存储器直接相连，适用于较小规模的系统。
2.3 存储器管理存储器管理是指对存储器进行分配和回收等操作。
常用的存储器管理方式有静态存储器管理和动态存储器管理。
静态存储器管理通过编译器确定存储器的分配和回收时机，而动态存储器管理由操作系统负责管理。
3. 寄存器设计寄存器是计算机系统中用于临时存放和处理数据的设备。
其设计需要考虑存储容量、读写速度和位宽等因素。
3.1 寄存器的种类常见的寄存器种类包括通用寄存器、特定用途寄存器和状态寄存器等。
通用寄存器用于存放临时数据，特定用途寄存器用于特定计算操作，状态寄存器用于存放处理器的状态信息。
3.2 寄存器位宽寄存器的位宽决定了其可以存储的最大数据量。
在设计寄存器时，需要根据计算需求选择合适的位宽，以提高计算效率。
3.3 寄存器读写速度寄存器的读写速度对计算机系统的性能有重要影响。
为提高读写速度，可采用并行读写、预取和流水线等技术。
4. 存储器与寄存器协同设计存储器和寄存器在计算机系统中紧密配合，提供高效的数据存储和处理能力。
在存储器和寄存器的设计过程中，需要考虑它们的互联和数据传输等问题。
4.1 存储器与寄存器的接口存储器和寄存器通过总线进行数据传输。
在设计存储器与寄存器的接口时，需要考虑数据传输的稳定性和速度。
电路基础原理数码逻辑电路的存储器与寄存器
电路基础原理数码逻辑电路的存储器与寄存器在电路基础原理的学习中，数码逻辑电路是一个非常重要的概念。
数码逻辑电路是利用数字信号来处理和传输信息的电路。
而在数码逻辑电路中，存储器和寄存器是两个非常关键的组成部分。
存储器是一种用于存储和读取信息的电路。
常见的存储器有随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM是一种易失性存储器，它可以在电源关闭之前存储和读取数据。
它由许多存储单元组成，每个存储单元都可以存储一个二进制位。
这些存储单元可以通过地址线进行选择，使得我们可以根据需要读取或写入特定的存储单元。
RAM的易失性意味着在断电时会失去存储的信息，所以它通常用作临时存储器，用于计算机的运行时存储。
ROM是一种只读存储器，其中的信息一旦写入就不能被改变。
它通常被用来存储程序代码和其他不需要频繁修改的数据。
ROM中的存储单元是非易失性的，这意味着在断电时依然可以保留数据。
ROM的制造工艺决定了数据内容无法更改，所以它被称为只读存储器。
寄存器是一种用于存储和移动数据的电路。
它通常由多个存储单元组成，每个存储单元可以存储一个二进制位。
与RAM不同的是，寄存器可以直接根据需要选择和读取其中的存储单元，而无需使用地址线。
寄存器常用于存储中间结果或在计算机CPU中用于快速存储和移动数据。
除了RAM、ROM和寄存器，还有其他一些存储器组件，如闪存和缓存。
闪存是一种非易失性存储器，它通常用于移动设备和计算机的永久存储。
缓存是一种用于快速存储和调用数据的存储器，它位于CPU和主存之间，可以提高计算机的运行速度。
数码逻辑电路的存储器和寄存器在现代电子设备中起着至关重要的作用。
它们为计算机和其他数字系统提供了数据的存储和传输功能。
不同类型的存储器和寄存器适用于不同的应用场景。
例如，RAM用于临时存储数据，ROM用于存储固定数据，寄存器用于数据的快速存储和移动。
它们共同构成了计算机和其他数字设备的核心部分。
总的来说，电路基础原理中关于数码逻辑电路的存储器和寄存器是非常重要的概念。
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74LS373功能表
OC
输入
输出
CD
Q
01
1
1
01 00 1X
0
0
X Q0（被锁存状态）
X
Z（高阻态）
0C为三态控制端（低电平有效）： 当 0C =1时，输出为高 阻态；当0C =0时，8个数据传送到输出端
C为锁存控制输入端（高电平有效）：当C=0时，保持输入端 数据不变，当C=1时，接收输入端数据。
即当使能信号结束后（锁存），数据被锁住，输出状态保持不 变。
锁存器具有接收、存放、输出和清除数码的功能，在接收 指令（在计算机中称为写指令）控制下，将数据送入寄存器存 放；需要时可在输出指令（读出指令）控制下，将数据由寄存 器输出。
2.集成数码锁存器74LS373
74LS373是—— 8位数据锁存器。
111--- 10---0101
存储预置数
译位寄存器
01010101
寄存器与存储器的区别：
寄存器：用于暂时存储二进制数据或代码的电路。 存储器：用于长期存储大量二进数据或代码的电路。集成很 高。
8.1 寄存器及应用
寄存器：用于暂时存储二进制数据与代码的电路。 分 类：基本寄存器、移位寄存器。 组 成：触发器和门电路。一个触发器能存放一位二
R D =0, 异步清零。
二、具有锁存功能的寄存器 1.锁存器的结构及工作原理
由D锁存器组成。
CP---即为送数脉冲输入端，又为 锁存控制信号输入端，即使能信号， 低电平有效。
当CP=0时，Q =D，电路接收输入数据；即当使能信号到来 （不锁存数据）时，输出端的信号随输入信号变化；
当CP=1时，D数据输入不影响电路的状态，电路锁定原数据。
时序图：
并行输出
串行输出
2. 具有并入并出、串入串出功能的移位寄存器：
1
0
1
1
1
11
0
1
1
并入并出：当IE=1时，在时钟脉冲CP的作用下并行数据输入端 D0~D3的数会存入寄存器Q0~Q3。
串入串出：原理与前述相同，略。
3. 集成双向移位寄存器——74LS194 74LS194是四位双向移位寄存器。
序列信号：是在同步脉冲的作用下 按一定周期循环产生的一串二进制信 号。如：0111-----0111，每4位重复一 次，称为4位序列信号。
序列脉冲信号广泛用于数字设备 测试、通信和遥控中的识别信号或 基准信号等。
移位寄存器组成的8位序列信号发生器，序列信号为： 00001111
工作原理分析：
状态表
精品
8寄存器与存储器
主要内容
寄存器的功能、分类、结构、工作原理； 存储器的功能、分类、结构、工作原理； 寄存器、存储器的应用。
主要技能
寄存器与存储器的正确使用技能和功能测试技能； 熟练应用寄存器和存储器构成具特定功能的逻辑电路； 能完成电路的安装与功能调试。
基本概念
寄存器； 移位寄存器； 序列信号； 随机存取存储器； 只读存储器。
三、移位寄存器
移位寄存器：存储数据，所存数据可在移位脉冲作用下
逐位左移或右移。即实现串入串出。
在数字电路系统中，由于运算（如:二进制的乘除法）的
需要，常常要求实现移位功能。
分类：单向移位、双向移位。
1．单向移位寄存器
（1）右移位寄存器
串行 数据 输入
清零端
同步移位时 钟输入端
工作过程：
假设要传送数据1011。
1 10
0 X X X X X Q1 Q2 Q3 0 左移输入0
1 11
X X D0 D1 D2 D3 D0 D1 D2 D3 并入并出
工作方式控制端S1S0区分四种功能： S1S0=00、保持； S1S0=10、左移存储； S1S0=01、右移存储； S1S0=11并入并出．
8.1.2 移位寄存器的应用 一、移位寄存器构成序列脉冲发生器
CP
S1S0=01，为右移方式，Q3作为输出端。
1
首先令CR＝0，输出端全为零，Q3非后 2
送DSR，则DSR为1；
3
然后；连续送入移位脉冲，各输出状 4
态的如表所示规模变化。
5
6
电路产生的序列信号为：
7
00001111
8
DSR Q0 Q1 Q2 Q3
1 0000 1 1000 1 1100 1 1110 0 1111 0 0111 0 0011 0 0001 1 0000
能
0 X X X X X X X X X 0 0 0 0 异步清零
1 X X 0 X X XX X X
保持Байду номын сангаас
保持
1 0 0 X X X XX X X
保持
保持
1 01
X 1 X X X X 1 Q0 Q1 Q2 右移输入1
1 01
X 0 X X X X 0 Q0 Q1 Q2 右移输入0
1 10
1 X X X X X Q1 Q2 Q3 1 左移输入1
设计项目
广告灯控制电路
存储器
01010101
---0000 ---0001 ----000 ---0011 ---0100 ---0101 --------
00----0001 00----0010 00----0100 00----1000
10---0001
------- 01---0010
111---
10 12
3 4
1 1 0
1
0 1 1
0
0 0 1
1
0 0 0
1
串入串出：前触发器输出端Q与后数据输入端D相连接。当时 钟到时，加至串行输入端DSR的数据送Q0，同时Q0的数据右移 至Q1，Q1的数据右移至Q2，以此类推。将数码1101右移串行输 入给寄存器共需要4个移位脉冲
Q3可串行输出从输入端DSR存入的数据，4个移位脉冲后收 到第一个数据，要全部输出共需8个移位脉冲。
引脚及功能简介：
DSR: 右移串行数据输入端 DSL: 左移串行数据输入端 D0~D3:并行数据输入端 Q0~Q3: 数据输出端 CP :时钟输入端（上升沿有效） S0、S1: 工作方式控制端 RD : 数据清0输入端（低电平清0）
74LS194功能表
输
入
输出
CR S1 S0 CP DSL DSR D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 功
进制数码；N个触发器可以存放N 位二进制数码。
8.1.1 寄存器的结构、原理
一、基本寄存器 仅有并入、并出存取数据功能的寄存器。
1. 组成： N个D触发器构成。
输出端
控制时钟
脉冲端输入 0
1
0
1
0
1
0
1
2.工作原理
数码输入端
CP不为上升沿时 ， R D =1,寄存器输出保持不变 CP 上升沿时，且 R D =1,输入端D0-D3送寄存器。
产生序列信号的关键：是 从移位寄存器的输出端引出一 个反馈信号送至串行输入端， 反馈电路由组合逻辑门电路构