数字逻辑与数字系统第一章.ppt

数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院 主讲：余庆春 Email：fishhead_516126.com,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,数字逻辑是计算机基础理论的一个重要组成部分，主要研究数字电路的分析与设计方法。本课程为计算机组成原理和微型计算机及应用等后续课程提供必要的逻辑基础，是计算机专业的一门核心必修专业基础课。 本课程以数字电子技术为基础，涉及数字技术中的基本原理、分析与系统设计的方法，具有很强的工程实践性。,课程性质,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,1是后续各门硬件课程的基础； 2教学内容既有系统的数字逻辑基础理论，又有较强的应用技术，并涵盖数字系统的知识； 3在介绍基本逻辑运算和基本逻辑电路的分析与设计的基础上，侧重对集成电路芯片的逻辑功能和使用方法的介绍。 4理论结合实际，有较多的集成逻辑芯片在数字系统中如计算机中的应用实例。 5具有验证性、综合性和设计性的实验,课程特点,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,通过本课程的学习，获得数字技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，掌握数字逻辑电路的工作原理和基本分析与设计的方法；具有初步解决数字逻辑问题的能力，并为学习微机原理、接口技术等后续课程和用中、大规模集成电路设计数字系统奠定基础。,课程目标,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,数字电路与数字系统概述 数字逻辑基础 逻辑门 组合逻辑电路 触发器 时序逻辑电路 半导体存储器 可编程逻辑器件及编程技术 脉冲波形的产生与变形 数模转换器和模数转换器 数字系统设计,教学内容,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,数字电子技术基础第五版，阎石, 清华大学出版社 数字电子技术基础第一版，白彦霞，北京邮电大学出版社 数字设计（第三版），M. Morris Mano著，徐志军、尹廷辉等译，电子工业出版社，2004年4月,参考资料,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,学时与考核,40学时课堂教学,30%平时成绩+70%闭卷笔试,30%课堂考勤+70%作业（含实验）,16学时实验教学，八次上机实验,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,电子电路按处理信号不同可分为,模拟电路：,用于传递和处理模拟信号的电路就称为模拟电路。,数字电路：,用以传递和加工处理数字信号的电路就称为数字电路。,如放大电路就是最典型的模拟电路。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,模拟信号与数字信号,模拟信号：,在时间和幅值上连续的信号,数字信号：,在时间和幅值上离散的信号,高电平,低电平,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,有两种逻辑体制： 正逻辑体制规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。 负逻辑体制规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。,正逻辑与负逻辑,数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0）。,如果采用正逻辑，数字电压信号就成为下图所示逻辑信号。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字波形,数字波形-是信号逻辑电平对时间的图形表示.,(a) 用逻辑电平描述的数字波形,(b) 16位数据的图形表示,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,1.1 数字信号与数字电路,数字波形,高电平,低电平,有脉冲,*非归零型,*归零型,无脉冲,数字波形的两种类型,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字波形,数字波形的周期性和非周期性,非周期性数字波形,周期性数字波形,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字波形,Vm信号幅度。 T信号的重复周期。 tW脉冲宽度。 q占空比。其定义为：,一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：,数字信号的主要参数,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字波形,例1.1.2 设周期性数字波形的高电平持续6ms，低电平持续10ms，求占空比q。,解：因数字波形的脉冲宽度tw=6ms，周期T=6ms+10ms=16ms。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字电路的发展概况,发展特点：以电子器件的发展为主线，, 产生：20世纪30年代在通讯技术（电报、电话）首先引入二进制的信息存储技术。而在1847年由英国科学家乔治.布尔(George Boole)创立布尔代数，并在电子电路中的得到应用，形成开关代数，并有一套完整的数字逻辑电路的分析和设计方法。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字电路的发展概况,发展特点：以电子器件的发展为主线，,初级阶段：20世纪40年代电子计算机中的应用，此时以电子管（真空管）作为基本器件。另外在电话交换和数字通讯方面也有应用,电子管（真空管）,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字电路的发展概况,发展特点：以电子器件的发展为主线，,第二阶段：20世纪60年代晶体管的出现，使得数字技术有一个飞跃发展，除了计算机、通讯领域应用外，在其它如测量领域得到应用。,晶体管图片,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字电路的发展概况,发展特点：以电子器件的发展为主线，,第三阶段：20世纪70年代中期集成电路的出现，使得数字技术有了更广泛的应用，在各行各业医疗、雷达、卫星等领域都得到应用。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字电路的发展概况,发展特点：以电子器件的发展为主线，,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.1 数字信号与数字电路,数字电路的特点,工作信号是离散的，研究对象是输入和输出的逻辑关系，表达电路的功能主要是真值表、逻辑表达式及波形图等。 主要的分析工具是逻辑代数。 主要的研究方法是逻辑分析和逻辑设计。 数字电路工作可靠性高，抗干扰能力强，电路简单，易于实现。 数字电路发展与电子元器件密切相连。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.2 数字系统,什么是数字系统？,数字系统是指实现一定功能的数字电路电器装置。 数字电路：强调电路性质（数字信号）和实现方法（逻辑设计）。 数字系统：强调功能的完整性和使用性。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.2 数字系统,数字系统应用,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.2 数字系统,典型数字系统计算机概述,计算机的发展简史,机械时代,电子时代,第三代（SSI、MSI）,未来计算机,第一代(电子管),第二代（晶体管）,第四代（LSI、VLSI、ULSI）,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,1.2 数字系统,典型数字系统计算机概述,计算机的类型按计算机的规模和处理能力分类,（1）巨型机：也称为超级计算机，是指目前速度最快、处理能力最强的计算机。目前其运算速度已达到每秒千万亿次。 （2）大型机：具有较快的处理速度和较强的处理能力。主要用于大银行、大公司、规模较大的高等学校和科研院所。 （3）小型机：结构简单、规模较小、操作简单。 （4）微型机：个人计算机，称为PC机，体积小、价格低、功能全、操作方便。,国际TOP500组织在网站上公布了最新全球超级计算机前500强排行榜，我国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”雄居第一。“天河一号”由国防科技大学研制，部署在国家超级计算天津中心，其实测运算速度可以达每秒2570万亿次。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,巨型、大中型计算机,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第一章 数字逻辑与数字系统概述,小型计算机,数字逻辑与数