第2章计算机逻辑部件

《第2章计算机逻辑部件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章计算机逻辑部件（89页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、1第2章 计算机的逻辑部件u技能（逻辑层面和电路层面）分析逻辑电路设计逻辑电路数字逻辑电路（数字电子技术）数字逻辑布尔代数门电路组合逻辑电路时序逻辑电路u组合电路：任何时刻电路的输出仅取决于该时刻的输入。u时序电路：该电路的输出不仅与该时刻输入有关，而且还依赖于过去的状态。数字逻辑电路组合逻辑电路时序逻辑电路数字逻辑电路时序电路 = 组合电路 + 触发器（记忆电路状态）逻辑代数（布尔代数）逻辑代数（布尔代数）逻辑代数的表示真值表、逻辑函数、逻辑图、波形图、卡诺图逻辑代数的化简 公式化简：逻辑代数的公式、定理 卡诺图化简组合逻辑电路组合逻辑电路门电路门电路晶体管晶体管触发器触发器时序逻辑电路时序

2、逻辑电路数字逻辑的知识层次晶体管晶体管双极型双极型MOSMOS管管TTLTTL型型ECLECL型型速度很快、功耗大、容量小速度很快、功耗大、容量小PMOSPMOSNMOSNMOS功耗小、容量大功耗小、容量大ECL:ECL:发射集耦合逻辑电路的简称发射集耦合逻辑电路的简称CMOS晶体管晶体管目前主要使用目前主要使用双双极极型型MOSMOS管管门电路门电路10 当当EN=0时，时，Y=A； 当当EN=1时，输出与输入呈现高电阻隔离。时，输出与输入呈现高电阻隔离。A输入端输入端Y输出端输出端EN使能端使能端2.1.1 2.1.1 三态电路三态电路2.1 2.1 计算机中常用的组合逻辑电路计算机中常用

3、的组合逻辑电路11三态门的用途u异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为0 0；当；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为两个变量取值不同时，逻辑函数值为1 1。u异或的逻辑表达式为：异或的逻辑表达式为：u异或也可写成与或非的形式：异或也可写成与或非的形式：BAL1100(b)BA0A B10101(a)01L=A=1+AB+ B BABABAL122.1.2 2.1.2 异或门及其应用异或门及其应用1）可控数码原/反码输出异或门一端为控制端，为0/1时，控制另一端输出为原/反码。异或门的应用图2.5异或门的功能表和逻

4、辑图图2.6四位原/反码输出电路2）半加器）半加器真值表与一位二进制加法相同真值表与一位二进制加法相同图2.5异或门的功能表和逻辑图153）数码比较器B3A3 B2A2 B1A1 B0A0Y1f=0当Ai=Bi,即每对A、B都相等时f=1当Ai Bi,即每对A、B都不相等时164）奇偶校验电路图2.8八位奇偶检测电路（八位中有奇数个1，则F=1）172.1.3 2.1.3 加法器加法器半加器的功能表和逻辑图不考虑进位输入时，称为半加。18全加器电路 考虑进位输入考虑进位输入CiCi，AiAi与与BiBi相加，得一位结果相加，得一位结果FiFi及一位进位及一位进位Ci+1Ci+1即得逻辑代数表达

5、式：即得逻辑代数表达式：Fi=f(Ai,Bi,Ci) CFi=f(Ai,Bi,Ci) Ci+1i+1=f(Ai,Bi,Ci)=f(Ai,Bi,Ci)电路设计过程：电路设计过程：AiBiCiCi+1Fi0000111100110011010101010001011101101001Fi=Ai + Bi + CiCi+1=AiBi + （Ai + Bi ）Ci真值表 布尔函数式19全加器的逻辑功能和：和：F Fi i= A= Ai i B Bi i C Ci i（A A、B B、C C三个输入中有三个输入中有奇数个奇数个1 1，和，和F F才为才为1 1）C Ci+1i+1= = A Ai iB

6、Bi i( (A Ai iB Bi i)C)Ci iA A、B B全为全为1 1（左边与）或（左边与）或A A、B B 中有一个为中有一个为1 1但同但同时时CiCi为为1 1（右边），进位（右边），进位输出输出C Ci+1i+1才为才为1 1）全加器的逻辑图（两个半加器）20位间进位是串行的，Fi的形成必须等Ci的到来图2.11 串行进位加法器21u超前进位加法器对加法器的进位信号做快速处理加到第i位的进位输入信号是两个加数第i位以前各位（0 j-1）的函数，可在相加前由A,B两数确定。u对进位公式的分析(化简)Fn= Xn Yn CnCn+1= Xn Yn (Xn Yn ) Cn22u得出

7、：得出： C C1 1=X=X0 0Y Y0 0+(X+(X0 0+Y+Y0 0)C)C0 0 C C2 2=X=X1 1Y Y1 1+(X+(X1 1+Y+Y1 1)C)C1 1 = =X X1 1Y Y1 1+(X+(X1 1+Y+Y1 1)X)X0 0Y Y0 0+(X+(X1 1+Y+Y1 1)(X)(X0 0+Y+Y0 0)C)C0 0 C C3 3=X=X2 2Y Y2 2+(X+(X2 2Y Y2 2)X)X1 1Y Y1 1 +(X+(X2 2Y Y2 2)(X)(X1 1+Y+Y1 1)X)X0 0Y Y0 0 +(X +(X2 2Y Y2 2)(X)(X1 1+Y+Y1 1

8、)(X)(X0 0+Y+Y0 0)C)C0 023u定义Pi和Gi函数Pi= Xi+YiGi= XiYiP：Carry Propagate functionG：Carry Generate Function24uPi的逻辑含义： Pi= Xi+Yi当Pi=1时，如果低位有进位，本位将产生进位，即当Pi=1时，低位传送过来的进位能越过本位而向更高位传送。Pi 称为传送进位或条件进位uGi的逻辑含义： Gi= XiYi若本位两个输入均为1，必产生进位，与低位进位无关，又称本地进位。25u得到进位产生公式Ci+1= Gi +Pi Ciu代入公式得：C1= G0 +P0 C0C2= G1 +P1 G0

9、+ P1 P0 C0C3= G2 + P2 G1 + P2 P1 G0+ P2 P1 P0 C0C4= G3 + P3 G2 +P3 P2 G1 + P3 P2 P1 G0 + P3 P2 P1 P0 C026u变换得 Ci+1= Gi +Pi Ci= GiPi+GiCi= Pi+GiCiC1=P0+G0C0C2=P1+G1P0+G1G0C0C3=P2+G2P1+ G2G1P0+G2G1G0C0C4=P3+G3P2+G3G2P1+G3G2G1P0+G3G2G1G0C0u根据上式可画得根据上式可画得“超前进位产生电路超前进位产生电路”及四位及四位超前进位加法器的逻辑图如图超前进位加法器的逻辑图如

10、图2.122.12。28u用四片“四位加法”电路可组成16位ALU。如下图片内进位是快速的，但片间进位是逐片传递的，因此总的形成时间还是是比较长的。如果把16位ALU中的每四位作为一组，用类似位间快速进位的方法来实现16位ALU（四片ALU组成），那么就能得到16位快速ALU。推导过程如下：29C16 C12 C8 C4分析：组内并行、组间并行分析：组内并行、组间并行 设设1616位加法器，位加法器，4 4位一组，分为位一组，分为4 4组：组：4位位4位位4位位4位位 第第4组组 第第3组组 第第2组组 第第1组组C16 C13 C12 C9 C8 C5 C4 C1C030 1 1）第）第1

11、1组进位逻辑式组进位逻辑式 组内：组内： C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2G1 + P2P1C0 C3 = G3 + P3G2 + P3P2G1 + P3P2P1C0 组间：组间： C4 = G4 + P4G3 + P4P3G2 + P4P3P2G1 + P4P3P2P1C0GIPI所以所以 C CI I = G = GI I + P + PI IC C0 0组间进位传递函数组间进位产生函数31 2 2）第）第2 2组进位逻辑式组进位逻辑式 组内：组内： C5 = G5 + P5CI C6 = G6 + P6G5 + P6P5CI C7 = G7 + P7G6 + P7P