计算机的逻辑部件

1、第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件1计算机系统主要由 两大部分组成。2计算机硬件子系统由3计算机软件子系统由4计算机应用软件由5计算机系统软件由6计算机的主要技术指标计算机的主要技术指标硬件子系统、软件子系统硬件子系统、软件子系统输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器组成输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器组成系统软件、应用软件组成系统软件、应用软件组成通用软件、专用软件、通信软件、子程序库组成通用软件、专用软件、通信软件、子程序库组成操作系统、语言处理系统、诊断系统、数据库管理系统操作系统、语言处理系统、诊断系统、数据库管理系统容量、速度、价格容量、速度、价格第二章第二

2、章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件7 7计算机发展四代主要代表计算机计算机发展四代主要代表计算机8 8计算机未来发展方向计算机未来发展方向9 9计算机按功能可分为计算机按功能可分为1010计算机的特点有计算机的特点有1111计算机的应用有计算机的应用有电子管、晶体管、中小规模集成电路、电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模超大规模集成电路大规模超大规模集成电路巨型化、微型化、网络化、智能化巨型化、微型化、网络化、智能化电子数字计算机、电子模拟计算机、电子通用计算机电子数字计算机、电子模拟计算机、电子通用计算机速度快、精度高、记忆强、工作自动化、通用性好速度快、精度高、记忆强、工作自动化、通

3、用性好科学计算、数据处理、过程控制、辅助设计、仿真科学计算、数据处理、过程控制、辅助设计、仿真第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件第第2章章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件 本章学习内容：本章学习内容：1.3 逻辑门的实现逻辑门的实现1.4 计算机中常用的组合逻辑电路计算机中常用的组合逻辑电路1.5 时序逻辑电路时序逻辑电路1.6 阵列逻辑电路阵列逻辑电路第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件1.3 逻辑门的实现逻辑门的实现一、与门一、与门 AB=P AB=P二、或门二、或门第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件三、非门三、非门返回本章首页返回本章首页PA 四、与非

4、门四、与非门PBA第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件五、或非门五、或非门返回本章首页返回本章首页PBA六、与或非门六、与或非门PCDAB第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件七、异或门七、异或门返回本返回本节节PBABAPBA或八、同或门八、同或门PBAABPBA或第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件1.4 计算机中常用的组合逻辑电路计算机中常用的组合逻辑电路一、算术逻辑电路一、算术逻辑电路（一）半加器（一）半加器1.概念：只考虑本位和本位向高位进位，不考虑低位向概念：只考虑本位和本位向高位进位，不考虑低位向本位进位的加法器。本位进位的加法器。2.半加器真值表半加

5、器真值表返回本章首页返回本章首页AiBiSiCi0000011010101101第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件3.3.逻辑表达式逻辑表达式 返回本返回本节节iiiiiiiiiiBACBABABAS4.4.半加器电路半加器电路AiBiSiCiHAi BiCiSi第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回本章首页（二）全加器（二）全加器1.概念：不但考虑本位和本位向高位的进位，而且还考概念：不但考虑本位和本位向高位的进位，而且还考虑低位向本位的进位。虑低位向本位的进位。2.全加器真值表全加器真值表AiBiCi-1SiCi000000011001010011011

6、0010101011100111111第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回本章首页3.逻辑表达式：逻辑表达式：1111iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAS)()(1111iiiiiiiiiiiCBCBACBCBAS)()(11iiiiiiiCBACBAS1iiiiCBAS1111iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAC11iiiiiiiCACBBAC第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回本章首页4.全加器电路全加器电路第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回本章首页（三）并行相加，串行进位加法器

7、（三）并行相加，串行进位加法器第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件（四）并行相加，串行进借位加法器（四）并行相加，串行进借位加法器1.1.SUB=0 SUB=0 时为加法时为加法2.2.SUB=1 SUB=1 时为减法时为减法SUB0 0和一个数异或，结果为那个数；和一个数异或，结果为那个数；1 1和一个和一个数异或，结果为那个数的相反数。数异或，结果为那个数的相反数。第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件（五）超前进位电路（五）超前进位电路 超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的。现的。1.产生产生C1的条件：的条件：（

8、1） X1、Y1均为均为“1”；（2） X1、Y1任一为任一为“1”，且进位，且进位C0为为“1”。011111)(CYXYXC2.2.产生产生C C2 2的条件的条件（1） X2、Y2均为均为“1”；（2） X2、Y2任一为任一为“1”，且，且X1、Y1均为均为“1”；（3） X2、Y2任一为任一为“1”， 同时同时X1、Y1任一为任一为“1”，且，且C0为为“1”。第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回本章首页011221122222)()(CYXYXYXYXYXC01122331122332233333)()()()(CYXYXYXYXYXYXYXYXYXC011

9、223344112233442233443344444)()()()()()()(CYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXC第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回本章首页 下面我们引入进位传递函数下面我们引入进位传递函数Pi和进位产生函数和进位产生函数Gi的概念，它们的定义为：的概念，它们的定义为：iiiiiiYXGYXP 将将P Pi i，G Gi i带入带入C C1 1 C C4 4式，便可得：式，便可得：01234123423434440123123233301212220111CPPPPGPPPGPPGPGCCPPPGPPGPGCCPPGPGC

10、CPGC第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回本章首页 由全值表可知，当全加器的输入均取反码时，它由全值表可知，当全加器的输入均取反码时，它的输出也均取反码。据此，可把它们以的输出也均取反码。据此，可把它们以“与非与非”、“或非或非”、“与或非与或非”形式改写成如下形式：形式改写成如下形式：01234123423434440123123233301212220111CGGGGPGGGPGGPGPCCGGGPGGPGPCCGGPGPCCGPC第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回本章首页第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回

11、本章首页二、算术逻辑单元二、算术逻辑单元（一）（一）74181算逻部件：算逻部件： 1 24 7418112 (24)VccGNDA=BMCnCn+4PGA3A0B3B0S3S0F3F01.1.逻辑引脚图：逻辑引脚图：2.2.引脚功能：引脚功能：1 1）A A0 0A A3 3:4:4位二进制数位二进制数A A2 2）B B0 0B B3 3:4:4位二进制数位二进制数B B3 3）F F0 0F F3 3: :运算结果运算结果4 4）S S0 0S S3 3: :状态控制信号，状态控制信号， 控制运算类型，控制控制运算类型，控制1616中中运算。运算。5 5）M:M:运算选择运算选择 M=1

12、 M=1 逻辑逻辑运算；运算；M=0 M=0 算术运算。算术运算。第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件返回本章首页返回本章首页 使用使用7418174181组合一个十六位加法器：组合一个十六位加法器：（并行相加，（并行相加，组内并行进位，组间串行进位）组内并行进位，组间串行进位） 如果把如果把1616位位ALUALU中的每四位作为一组，用类似四位超中的每四位作为一组，用类似四位超前进位加法器前进位加法器“位间快速进位位间快速进位”的形成方法来实现的形成方法来实现1616位位ALUALU中的中的“组间快速进位组间快速进位”，那么就能得到，那么就能得到1616位快速位快速ALUALU。第

13、二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件用用7418174181和和7418274182电路组成的电路组成的1616位快速位快速ALUALUCn+4Cn+4Cn+4Cn+4第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件（二）并行进位产生芯片（二）并行进位产生芯片SN74182GND SN74181 (16)VccCnPGP0G0CN+1P1G1CN+2P2G2CN+3P3G31.1.逻辑引脚图：逻辑引脚图：2.2.引脚功能：引脚功能：1 1） P P0 0 P P3 3：输入进位传输入进位传递函数，来源于递函数，来源于SN74181SN74181；2 2） G G0 0 G G3 3：输入

14、进位产输入进位产生函数，来源于生函数，来源于SN74181SN74181；3 3）C CN+1 N+1 C CN+2 N+2 C CN+3 N+3 ：182182产生的产生的并行进位信号，输出并行进位信号，输出1811814 4）C CN N ：输入来源于最低位输入来源于最低位的进位；的进位；5 5）P P：进位传递进位传递 G G：进位产生进位产生第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件三、译码器三、译码器 （一）二输入四输出译码器（一）二输入四输出译码器1.电路：电路：返回本返回本节节第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件（二）（二）74LS138译码器芯片（双二译码器芯片（

15、双二四译码器）四译码器）1.逻辑引脚图：逻辑引脚图：返回本返回本节节2.2.引脚功能：引脚功能：1 1） 译码输出译码输出2 2）G G1 1 片选信号片选信号 1 0 0 1 0 0 该片可工作该片可工作3 3）输出选择信号）输出选择信号 C B AC B A 0 0 0 0 0 0 07YYGND 74LS138CBA (16)VccG107YYAG2BG2AAGG2200Y第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件2. 74LS138译码器功能表译码器功能表：返回本返回本节节 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0

16、1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1ABCGGGBA2201234567YYYYYYYY第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件四、多路开关（数据选择器）四、多路开关（数据选择器） 1.1.电路：电路：返回本返回本节节EDSSDSSDSSDSSY)

17、(310210110010第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件五、三态开关五、三态开关 返回本返回本节节DinDoutE（三态开关控制端）三态开关控制端）DoutDout具有三种状态：具有三种状态：“1”“1”态，态，“0” “0” 态，态，“高阻态高阻态”。E=1 E=1 DoutDout=Din=DinE=0 E=0 DoutDout高阻态（悬浮状态）高阻态（悬浮状态）第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件1.5 时序电路时序电路一、触发器一、触发器（一）（一）R-S触发器触发器返回本返回本节节RSQQ R S 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 原原 态态

18、非非 法法QQ第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件（二）锁存器（二）锁存器 第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件（三）（三）D D 触发器触发器返回本返回本节节异步输入端异步输入端 R R、S S同步输入端同步输入端 D D：数据输入端、数据输入端、CPCP：选通脉冲（上跳触发）选通脉冲（上跳触发）第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件D D 触发器功能表触发器功能表返回本返回本节节第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件二、寄存器二、寄存器（一）普通并行寄存器（一）普通并行寄存器返回本返回本节节第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件（二）移位寄存器二

19、）移位寄存器返回本返回本节节工作过程：工作过程：1.存数：存数：Mov=1 R=L=0 D2D3D4D2D3F4 2.右移：右移：R=1 Mov=L=0 Q5 D4 Q4 D3 Q3 D2Q5 Q4CP4 D4 Q3CP3 D3 Q2CP2 D2Q1+MovRLD4D3D2第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件三、计数器三、计数器计数器：计数器：计算机和数字仪表中的常用电路计算机和数字仪表中的常用电路计数器分为计数器分为：同步计数器和异步计数器同步计数器和异步计数器； 二进制和十进制计数器。二进制和十进制计数器。同步计数同步计数：器是各触发器的时钟信号由同一时钟提供。器是各触发器的时钟

20、信号由同一时钟提供。 优点：各触发器同时翻转，无延时，频率高。优点：各触发器同时翻转，无延时，频率高。 缺点：电路结构复杂。缺点：电路结构复杂。 异步计数器：高位触发器的时钟信号是由低一位触发器异步计数器：高位触发器的时钟信号是由低一位触发器的输出来提供的，电路结构简单。的输出来提供的，电路结构简单。 返回本返回本节节第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件三、计数器三、计数器（一）电路：（一）电路：（串行加（串行加“1”“1”计数器）计数器）返回本返回本节节（二）工作原理： 1）送CLR正脉冲 0 0 1 1 1 1 1 2）送CLK正脉冲 0 1 1 0 1 0 0 3）送CLK正脉

21、冲 1 0 0 1 0 1 14）送CLK正脉冲 1 1 0 0 0 0 01010101CPDDQQQQCLRCLKRRCP1D1Q11Q0QQ0CP0 D0第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件1.6 1.6 逻辑阵列电路逻辑阵列电路返回本返回本节节 阵列逻辑电路近年来得到了迅速的发展。阵列是指阵列逻辑电路近年来得到了迅速的发展。阵列是指逻辑元件在硅芯片上以阵列形式排列，芯片面积小，产逻辑元件在硅芯片上以阵列形式排列，芯片面积小，产品成品率高，用户自编程、减少系统的硬件规模等优点。品成品率高，用户自编程、减少系统的硬件规模等优点。第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件1.6

22、 1.6 逻辑阵列电路逻辑阵列电路一、一、ROM ROM 阵列电路阵列电路（掩膜只读存储器）掩膜只读存储器） ROM ROM的电路结构主要包括三部分：地址译码器，存的电路结构主要包括三部分：地址译码器，存储矩阵，输出缓冲器。如图所示。储矩阵，输出缓冲器。如图所示。 第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件A1A0D0D2D1D3R0X0X1X2X3接地（一）具体电路：（一）具体电路：（4 44 4）第二章第二章 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件1.6 1.6 逻辑阵列电路逻辑阵列电路返回本返回本节节（二）工作过程：二）工作过程：读读 0 0 号单元内容：号单元内容：1.1.A A1 1A A2 2=00B X0=1 X1=X2=X3=0=00B X