《计算机逻辑部件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机逻辑部件.ppt（43页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1,第二章 计算机逻辑部件,计算机逻辑门加法器,2,2.3计算机逻辑门,几种门电路的逻辑符号与门或门反相门与非门或非门与或非门异或门同或门,3,2.4计算机常用逻辑电路,组合逻辑电路电路的输出状态仅和当时的输入状态有关，而与过去的输入状态无关。加法器、ALU、译码器、数据选择器时序逻辑电路 输出状态不但与当时的输入有关，而且与电路在此以前的输入状态有关。也就是说具有记忆功能，如寄存器、计数器等。,4,二进制数的运算及其加法电路,1)二进制数的相加例：1 0 1 1 1 0 1 1+)1+)1 0+)1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0,5,二进制数的相加,特点：从右向左逐
2、位相加，第二位起还要加进位。,如：,1 0 1 0 0 1 0 0（A）,+1 0 1 1 1 1 0 0（B）,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,0,0,0,1,0,1,0,1,1,1,1,0,1,C：进位标志=1,0,0,0,A：辅助进位标志=1,（S=A+B）,（C）,6,2）半加器电路,针对D0位两数A0与B0相加，得一位结果S0及一位进位C1,即得逻辑代数表达式：S0=f(A0,B0)C1=f(A0,B0),电路设计过程：,S0=A0+B0 C1=A0 B0,&,=1,A0 B0,S0,HA,C1,C1,S0,A0 B0,真值表,布尔函数式,电路,电路符号,7,3）全加
3、器电路,针对Di位两数Ai与Bi相加，得一位结果Si及一位进位Ci+1,即得逻辑代数表达式：Si=f(Ai,Bi,Ci)Ci+1=f(Ai,Bi,Ci),电路设计过程：,Si=Ai+Bi+Ci Ci+1=Ai Bi+Ai Ci+Bi Ci,&,=1,Ai Bi Ci,Si,FA,Ci+1,Ci+1,Si,Ai Bi,真值表,布尔函数式,电路,电路符号,&,&,1,Ci,8,4）十六位二进制加法电路,HA,C1,S0,A0 B0,FA,C2,S1,A1 B1,Ci,FA,Ci+1,Si,Ai Bi,FA,C15,S14,A14 B14,FA,C16,S15,A15 B15,C14,1 0 1 1
4、 1,1 0 1 1 1,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,1,例如 计算,计算结果：=000000011000110,计算结果的状态：最高位有进位CF=1，辅助进位有进位AF=1，结果不等于零ZF=0，结果中1的个数为4（偶数个）PF=1,9,5）可控反相器及加法减法电路,FA,C1,S0,A0 B0,FA,C2,S1,A1 B1,Ci,FA,Ci+1,Si,Ai Bi,FA,C15,S14,A14 B14,FA,C16,S15,A15 B15,C14,0,1,0,1,1,0,1,1,0,1,0,1,例如 计算-,计算结果：=000000000000000,=1,=1,=1,=1,
5、=1,SUB,1 0 1 1 1,1 0 1 1 1,1 0 1 1 1,0 1 0 0 0,=1,1,计算结果的状态：最高位有进位CF=1，辅助进位有进位AF=1，结果不等于零ZF=1，结果中1的个数为0（偶数个）PF=1,10,位间进位是串行的，Fi的形成必须等Ci-1的到来111+001,C4,N位并行加法器,11,超前进位加法器对加法器的进位信号做快速处理对进位公式分析(化简)Cn=Xn Yn+Xn Cn-1+Yn Cn-1变形得下式：Cn=Xn Yn(Xn+Yn)Cn-1,12,得出：C1=X1Y1+(X1+Y1)C0C2=X2Y2+(X2+Y2)X1Y1+(X2+Y2)(X1+Y1
6、)C0C3=X3Y3+(X3Y3)X2Y2+(X3Y3)(X2+Y2)X1Y1+(X3Y3)(X2+Y2)(X1+Y1)C0,13,Pi和Gi函数Pi=Xi+YiGi=XiYiP：进位传递函数(Carry Propagate function）G：进位产生函数(Carry Generate Function),两个进位函数,14,Pi的逻辑含义：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 Ci称为传送进位或条件进位Gi的逻辑含义：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。,15,得到进位产生公式Ci=Gi
7、+Pi Ci-1代入公式得：C1=G1+P1 C0C2=G2+P2 G1+P2 P1 C0C3=G3+P3 G2+P3 P2 G1+P3 P2 P1 C0C4=G4+P4 G3+P4 P3 G2+P4 P3 P2 G1+P4 P3 P2 P1 C0,16,变换得C1=P1+G1C0C2=P2+G2P1+G2G1C0C3=P3+G3 G2+G3G2P1+G3G2G1C0C4=P4+G4P3+G4G3P2+G4G3G2P1+G4G3G2G1C0,17,根据上式可画得“超前进位产生电路”及四位超前进位加法器的逻辑图如图2.8(p21)。,18,用四片74181电路可组成16位ALU。如下图片内进位是
8、快速的，但片间进位是逐片传递的，因此总的形成时间还是比较长的。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：,片间快速进位,19,与前面讲过的一位的进位产生函数Gi的定义相似，根据四位一组的进位产生函数GN为“1”的条件，可以得到GN的表达式为：GN=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0,20,与前面讲过的一位的进位传递函数Pi的定义相似，根据四位一组的进位传递函数PN为“1”的条件，可以得到PN的表达式为：PN=P3P2P1P0,21,把图2.10各片的进位分别命名为Cn+X、Cn+Y
9、、Cn+Z(即C3 C7 C11)。根据式2.222.25的推导可将式中的G1,G2,G3和P1 P2,P3分别换为 GN0,GN1,GN2和PN0,PN1,PN2,把C0换以Cn,即可得Cn+X、Cn+Y、Cn+Z 的表示式,22,由2-33,2-34,2-35式可知，只要74181型ALU能提供输出GN,PN那么就可用3个与或非门和4片ALU相连，这样就能实现16位快速ALU。实现2-33,2-34,2-35式的逻辑电路就成为超前进位扩展器（74182芯片），图2-11是它的逻辑电路图，图中将Pni、Gni分别用Pi、Gi表示。图中P、G输出可用于把4组16位快速ALU扩展成64位快速AL
10、U。图2-12画出了用74181和74182芯片构成的16位快速ALU,23,图2.11与74181型ALU连用的超前进位产生电路,24,25,26,用两个16位全先行进位部件（74182）和八个74181可级连组成的32位ALU电路用五个16位全先行进位部件（74182）和十六个74181可级连组成的64位ALU电路,27,译码器,译码：把某组编码翻译为唯一的输出，实际应用中要用到的有地址译码器和指令译码器。译码器：有24译码器、38译码器（8选1译码器）和416译码器（即16选1译码器）等多种。书中介绍的是24译码器的组成及应用,28,例如：38译码器，即8选1译码器的输入信号有三个：C、
11、B、A（A为低位），三位二进制数可组成8个不同数字，因此可分别选中输出Y0 到Y7的某一个输出故称为 8选1译码器。在资料手册中的型号为74138。,29,下图分别为译码器引脚图和输入输出真值表其中：G1、G2A、G2B为芯片选择端，G1高电平有效，而G2A、G2B为低电平有效。,30,74LS138,31,2.4.4 数据选择器,逻辑功能是在地址选择信号的控制下，从多路数据中选择一种作为输出信号。又称多路开关或多路选择器。以四选一选择器为例：,32,2.4.5 数据分配器,数据传输过程中，常常需要将一路数据分配到多路装置中指定的某一路中，执行这种功能的电路叫数据分配器。下面以四路数据分配器为
12、例进行说明：,33,34,2.5 时序电路,D触发器,电路符号：D为数据输入端；CLK为时钟信号；S为置位信号端；CLR复位信号端；Q为输出信号端。D触发器功能表：正跳变触发有效。,35,J-K触发器,JK为控制输入端；CLK为时钟信号；S为置位信号端；CLR复位信号端；Q为输出信号端。,36,寄存器计算机中常用部件，用于暂存二进制信息。寄存器可由多个触发器组成。每个触发器存 1Bit，N个触发器储存N位二进制数据。下图为由4个D触发器组成的四位缓冲寄存器。,37,38,移位寄存器,移位寄存器不仅具有存储数据的功能，而且还具有移位功能。所谓移位功能就是将移位寄存器中所存的数据，在移位脉冲信号的
13、作用下，按要求逐次向左、右方进行移动从信号输入上分有串行输入和并行输入从信号输出上分有串行输出和并行输出下面以串行输入并行右移位寄存器为例进行说明:,39,串行输入信号DIN,X1 X2 X3 X4,移位脉冲CLK,D1 Q1 F1 CLK,串行输入并行输出右移位寄存器波形图,40,计数器(counter),由触发器组成的寄存器，特点是能把存储的数加1,行波计数器：在CLK的驱动下，将存储的数据自动加1,CLK,CLEAR,J0,Q0,Q0,CLR,K0,J1,Q1,Q1,CLR,K1,J2,Q2,Q2,CLR,K2,J3,Q3,Q3,CLR,K3,Q0,Q1,Q2,Q3,0 0 0 0 CL
14、EAR=1 Q=0,0 0 0 1 第一个下降沿 Q=1,CLK=,0 0 1 0 第二个下降沿 Q=2,0 0 1 1 第三个下降沿 Q=3,0 1 0 0 第四个下降沿 Q=4,0 1 0 1 第五个下降沿 Q=5,计数原理：,41,2.6 阵列逻辑电路,阵列:逻辑元件在硅芯片上以 矩阵形式排列。特点：设计方便，芯片面积小，产品成品率高，减少系统的硬件规模，用户自编程。,42,常见阵列逻辑电路,1、读写存储器（RAM)2、只读存储器（ROM)3、可编程序逻辑阵列（PLA)是ROM的变种。其与阵列和或阵列都是可编程的。4、可编程序阵列逻辑（PAL)ROM的变种，只有与阵列是用户可编程的。,43,5、通用阵列逻辑(GAL)一种比PAL功能跟强的阵列逻辑电路。6、门阵列(GA):一种功能很强的阵列逻辑电路7、宏单元阵列（MA):比GA功能更强、集成度更高的阵 列电路8、可编程门阵列（PGA):,
