电路的课件第一章概要

1、讲师肖连军电子邮件：肖连军，数字逻辑系列(第二版)，课程性质：“数字电路与逻辑设计”是计算机专业必修的一门重要技术基础课。本课程在介绍数字系统和常用数字集成电路的基础知识和理论的基础上，重点介绍数字逻辑电路分析和设计的基本方法。从计算机的层次结构来看，数字逻辑电路是深入理解计算机“核心”的最关键的基础课程。教学目标：本课程的教学目标是使学生理解构成数字计算机和其他数字系统的各种数字电路，用基础知识和理论熟练地分析各种电路，并根据目标设计要求用合适的集成电路芯片完成各种逻辑元件的设计。通过本课程的学习，要求学生掌握分析、设计和开发数字系统硬件的基本技能。课程性质与教学目标、教学学时：60学时教材

2、：数字逻辑 21世纪系列教材欧阳兴明主编华中科技大学出版社参考书：数字逻辑学习与解题指南欧阳兴明主编华中科技大学出版社数字逻辑与数字系统（第三版）白仲英主编北京科学出版社2002教学内容：基础知识、基础理论、基本器件；基于小规模集成电路的低逻辑电路分析与设计：中型通用集成电路及其应用；大规模可编程逻辑器件及其应用。安排教学和学习。1.掌握课程的特点。1.这门课既抽象又具体。它在逻辑问题的提取和描述中是抽象的，但在逻辑问题的实现中是具体的。因此，我们在学习中应该既实用又实用。2.逻辑设计方法非常灵活。在数字系统中，逻辑电路的分析和设计具有很大的灵活性。处理许多问题没有固定的方法和步骤，这在很大程

3、度上取决于操作者的逻辑思维和推理能力、知识的广度和深度以及解决实际问题的能力。换句话说，逻辑电路的分析和设计具有很大的灵活性和可塑性。3.理论知识和实际应用的结合非常紧密。课程各部分的知识与实际应用直接相关，所以理论知识必须与学习中的实际问题联系起来。真正培养解决实际问题的能力。如何学好数字逻辑？2.注意课堂学习。仔细听。听课时，我们应该跟上老师的教学思路，认真掌握知识的每一个关键点，抓住书本上没有的东西，思考关键点和难点。2.记笔记。正确记录一些关键内容，尤其是那些重点、难点和疑点，以便课后复习和思考。3.积极思考。当听讲座时，关注老师说的和问的问题，积极思考问题，并寻求自己的意见。3.培养

4、自学能力1。仔细阅读教材。通过阅读课本，我们可以理解知识的要点，彻底理解困难，并建立知识各部分之间的相互关系。2.善于总结归纳。注意及时总结所学知识，总结各部分的重点和难点，力求透彻理解。3.加强课后练习。通过做练习，我们不仅可以巩固我们所学的知识，还可以暴露我们学习中的问题，迫使自己有更深的理解。积极参与学习和讨论。通过学习和讨论，我们可以创造一个学习的环境，可以表达自己的观点，互相学习，互相学习，共同提高，从而真正达到集思广益的效果。5.广泛阅读，拓宽知识面。通过阅读相关的参考书，我们不仅能加深对所学知识的理解，还能拓宽知识面。它有助于从更广更深的角度加强对课程含义的理解。4.重视理论联系

5、实际。将书本知识与工程实践相结合。在学习中注意书本知识和工程应用的区别，理论联系实际。2.理论知识与实际应用相结合。学习的目的是应用第一章是基础知识，第一章是基础知识，本章的要点是：数字系统的基本概念；通用计数系统及其转换；有符号二进制数的代码表示：几种常用的代码。1.1概述，1.1.1数字系统什么是数字系统？数字系统是能够处理、传输和存储数字信号的实体。它由实现各种功能的数字逻辑电路连接而成。例如，数字计算机。第一章基础知识1。如果信号的变化在时间和数值上是离散的，或者是间歇的，那么数字信号被称为离散信号。离散信号的变化可以用不同的数字来反映，所以也叫数字信号。例如，学生记录、工厂产品统计、

6、电路开关状态等。数字系统处理数字信号。当数字系统与模拟信号相关时，它必须通过模数转换电路和数模转换电路来改变信号类型。例如，控制系统的框图如下图所示。数字逻辑电路用于处理数字信号的电子电路称为数字电路。由于数字电路的各种功能都是通过逻辑运算和逻辑判断来实现的，所以数字电路也称为数字逻辑电路或逻辑电路。数字逻辑电路具有以下特点：1 .电路的基本工作信号是二进制信号。它显示了两种稳定的物理状态：高电压或低电压、开关通断和晶体管通断。 2电路中的半导体器件通常工作在开和关状态。在研究电路时，我们主要注意输出和输入之间的逻辑关系。 3电路结构简单，功耗低，便于集成制造和批量生产。该产品价格低廉，使用方

7、便，通用性好。由 4中的数字逻辑电路组成的数字系统具有工作速度快、精度高、功能强、可靠性好的优点。因为数字逻辑电路具有上述特点，所以被广泛使用。随着半导体技术和工艺的发展，数字集成电路应运而生，集成电路发展迅速。根据集成程度，数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模和超大规模。3.数字计算机及其发展1。数字计算机数字计算机是能够自动、高速、准确地完成数值计算、数据处理、控制和管理功能的数字系统。其结构框图如图所示。自从1946年数字计算机出现以来，它的发展速度是惊人的。根据计算机主要部件的不同，它已经经历了四代。详情见下表。计算机的发展趋势：速度、功能、可靠性、体积、价格和功耗。随着微电子技术

8、的快速发展，计算机的发展和普及进一步加快。目前，广泛使用的微型计算机都是基于超大规模集成电路的。以个人电脑为例。个人电脑中央处理器芯片80 86的集成度如下表所示。在80586中央处理器中，它的密度是多少？一个人的头发需要大约500个晶体管串联起来。世界上最大的计算机芯片制造商英特尔公司生产的处理器速度是市场上最高速度处理器的十倍。这个处理器芯片上的晶体管只有0.03微米厚，相当于三个原子的大小。市场上现有芯片中使用的最小晶体管尺寸为0.18微米，而英特尔新芯片中的晶体管要小得多。这些晶体管是一个接一个排列的，需要超过10万个晶体管才能达到普通纸张的厚度。1.1.2数字逻辑电路的类型和研究方法

9、1。数字逻辑电路的类型根据电路是否具有记忆功能，数字逻辑电路可分为两种：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路：如果一个逻辑电路在任何时候的稳定输出只依赖于当时的输入，而与该电路过去的输入无关，则称之为组合逻辑电路。因为这种电路的输出与过去的输入信号无关，所以不需要有记忆功能。例如，在“多数投票者”中，投票结果仅取决于投票成员当时是“赞成”还是“反对”，因此它属于组合电路。时序逻辑电路：如果一个逻辑电路在任何时候的稳定输出不仅取决于当时的输入，还取决于过去的输入，它被称为时序逻辑电路。因为这种电路的输出与过去的输入有关，所以需要有记忆功能，并且电路中记忆元件的状态应该用来反映过去的输入信号。

10、例如，对串行输入脉冲信号进行计数的计数器，其输出结果不仅与当时的输入脉冲有关，还与之前接收的脉冲数有关，因此该计数器是一个时序逻辑电路。根据是否有统一的时钟信号，时序逻辑电路可以进一步分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。二世。数字逻辑电路的研究方法对数字系统中逻辑电路的研究有两个主要任务：分析和设计。对于现成的数字逻辑电路，研究其工作性能和逻辑功能称为分析；根据所提出的逻辑功能，在给定条件下构造逻辑电路以实现预定功能被称为逻辑设计或逻辑综合。随着集成电路的快速发展，逻辑电路的分析和设计方法也在不断变化，最成熟的方法是传统的方法。传统逻辑电路分析和设计方法传统方法：传统方法基于小规模集成电路

11、，以技术和经济指标为主要性能指标来评估设计方案的优劣，以及在设计时如何使电路尽可能简单。如何实现最简单的？在组合逻辑电路的设计中，通过简化逻辑函数使电路中逻辑门和连接的数量最小化。在时序逻辑电路的设计中，通过简化状态和逻辑功能，电路中触发器、逻辑门和连接的数量被最小化。注意！最简单的计划不是最好的！最佳方案应满足综合性能指标和实际应用要求。因此，在通过传统方法找到实现预定功能的最简单的结构之后，通常需要根据实际情况进行相应的调整。随着集成电路技术的飞速发展，数字逻辑电路的分析和设计方法也在不断变化。然而，以逻辑代数为基础理论的传统方法一直是逻辑电路分析和设计的基本方法。2.中大规模集成器件的逻

12、辑设计方法随着中大规模集成电路的不断发展，越来越多的逻辑器件被容纳在芯片中。因此，实现某种逻辑功能所需的门和触发器的数量不再是影响经济指标的突出问题。如何找到一个经济合理的方案，当使用中型和大型集成元件来构建逻辑电路，满足各种功能？要求设计人员注意：充分了解各种设备的逻辑结构和外部特性，合理选择设备；充分利用所选设备的功能，以灵活的方式完成各种电路或功能模块的设计；最小化芯片之间的互连。可编程逻辑器件的逻辑设计方法各种可编程逻辑器件的出现给逻辑设计带来了一种全新的方法。人们不再使用传统的硬接线方式来构造电路，而是使用丰富的计算机软件来编程和烧录器件，实现各种逻辑功能，这给逻辑设计带来了极大的方

13、便。4.计算机辅助逻辑设计面对日益复杂的集成电路芯片和数字系统设计，人们越来越多地使用计算机来设计辅助逻辑。目前，用于设计数字系统的各种软件已经在市场上销售。计算机辅助逻辑设计方法正在不断推广和应用。许多人认为计算机设计自动化已经成为计算机科学中的一门独立学科。1.2数制及其转换，1.2.1进位计数制是人们计数的一种统计规律。十进制在日常生活中被广泛使用，而二进制在数字系统中被使用。十进制中使用十个基本数字符号，0，1，9，进位规则是“每十进制为一”。当一个数字由几个数字符号一起表示时，不同位置的数字符号有不同的含义。从左到右由相同字符6表示的值依次为600、60和6。广义而言，进位计数系统包

14、含两个基本因素：基数和位权重：基数：是指计数系统中使用的数字符号的数量。在基数R计数系统中，有R个数字符号，包括0，1，R-1，进位规则是“每R进一”。它被称为进位计数系统，简称R系统。比特权重：指的是一个固定常数，用于指示进位计数系统所表示的数字中不同数字的数值大小。不同的数字具有不同的比特权重，并且某个数字的值等于该数字的数字符号乘以对应于该数字的比特权重。例如，十进制数的比特权重是10的整数幂，单个比特的比特权重是100，十个比特的比特权重是101。有两种方式来表示R-数n: (1)并行表示(也称为位置计数)，其表达式为(N)R=(Kn-1Kn-2K1K0)。K-1K-m)R (2)多项

15、式表示(也称为加权展开)，其表达式为(n) N是整数部分的位数；m是小数位数；Ki是R系统中的数字符号，其取值范围为0KiR-1 (-min-1)。可以总结出r系统的特点如下：有r个数字符号0、1、和r-1；“每R输入一个”，“10”表示R；比特权重是r的整数幂，比特权重是第I比特的Ri。1.二进制基数为2的进位计数系统称为二进制。二进制数中只有两个基本数字符号0和1，进位规则是“每二进制一”。二进制数的位数是2的整数幂。任何二进制数n都可以表示为(n)2=(kn-1kn-2k1k 0 . k-1k-M)2=kn-12n-1kn-22n-2k121k 020k-12-1k-m2-M=ki2i，

16、其中M是小数。Ki为0或1，-min-1。例如，二进制数1011.01可以表示为：(1011.01)2=123 022 121 120 02-1 12-2。运算规则如下：加法规则0 0=0 0 1=1 1 0=1 1 1=0(进位为1)减法规则0-0=01-0=0。乘法规则00=0.01=0.10=0.11=1除法规则01=0.11=1。例如，如果二进制数A=11001，B=101，则甲乙、A-B、甲乙、甲乙的操作如下：二进制：的优点是操作简单、物理实现容易、存储和传输方便等。因为在二进制系统中只有两个数字符号，0和1，一位二进制数可以用电子设备的两种不同状态来表示。例如，1和0可以由晶体管的关断和导通来表示，或者1和0可以由高电平和低电平来表示，等等。因此，二进制在数字系统中被广泛使用。二进制的缺点：位数太长，字符单