第1章 计算机系统结构概述(第05讲)

计算机组成与系统结构1计算机组成与系统结构第一章计算机系统结构概述（第05讲）计算机组成与系统结构2逻辑门电路的分类组合逻辑电路不具备记忆功能，任意时刻的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，而与电路过去的电平状态无关。建立在简单逻辑门基础上，可以直接用真值表和逻辑表达式表示。时序逻辑电路具有记忆功能，电路的输出不仅取决与当时的输入状况，而且取决于电路过去的状态。建立在触发器的基础上，如寄存器、计数器计算机组成与系统结构31.1.2逻辑运算的开关电路•组合逻辑电路应用实例加法器，编码器，译码器，多路选择器•组合逻辑电路逻辑门，布尔代数，卡诺图计算机组成与系统结构4逻辑门逻辑变量和基本的逻辑运算逻辑变量逻辑代数的变量，一般用大写字母A、B、表示算术运算和逻辑运算逻辑代数中的三种基本逻辑运算：逻辑与、逻辑或、逻辑非计算机组成与系统结构5与逻辑Y=ABAB+YABY000010100111逻辑与（逻辑乘）：只有决定事物结果的全部条件同时具备时，结果才发生。_计算机组成与系统结构6逻辑或（逻辑加）：在决定事物结果的多个条件中，只要有任何一个满足，结果就会发生。+_ABYY=A+BABY000011101111或逻辑计算机组成与系统结构7逻辑非（逻辑反）：只要条件具备了，结果便不会发生。而此条件不具备时，结果一定发生。非逻辑A+Y_Y=AAY0110计算机组成与系统结构8ABY或门ABY与门AY非门逻辑门常用符号ABY或非门ABY与非门异或门ABY同或门ABY计算机组成与系统结构9基本逻辑门的比例关系计算机组成与系统结构10计算机组成与系统结构11计算机组成与系统结构12计算机组成与系统结构13计算机组成与系统结构14计算机组成与系统结构15计算机组成与系统结构16布尔代数常见的逻辑门电路的布尔函数：与非门或非门与或非门异或门同或门BAYBAYDCBAYBABABAYBABAY=AB布尔函数：一种对二进制变量进行逻辑操作的代数函数。F=f(x1,x2,..xn,)xi:{0,1}i=1,2,…,nF:{0,1}计算机组成与系统结构17根据布尔函数可以得到逻辑电路图FDCBF=AB+CDA计算机组成与系统结构18与或非门真值表ABCDABCDAB＋CDDCBA＋00000001000100010010000100110110010000010101000101100001011101101000000110010001101000011011011011001010110110101110101011111110布尔函数—真值表计算机组成与系统结构19正逻辑或门正逻辑与门负逻辑与门负逻辑或门正逻辑与负逻辑正逻辑:“1”逻辑代表真，“0”逻辑代表假负逻辑:“0”逻辑代表真，“1”逻辑代表假ABY000010100111Y=ABY=A+B计算机组成与系统结构20实际中：ABY与门作开关使用。异或门ABYBABABAYY=ABB=0，Y=0B=1，Y=AB=0，Y=AB=1，Y=A作可控求反器、比较器使用。计算机组成与系统结构21布尔代数规则变量本身的规则如下：A·0=0A·1=AA·A=AA·A=0A+0=AA+1=1A+A=AA+A=1A=A计算机组成与系统结构22布尔代数规则交换律A+B=B+AAB=BA结合律A+(B+C)=(A+B)+C分配律A(B+C)=AB+AC吸收律A+AB=AAB+AB=A第二吸收律A+AB=A+B基本公式如下：A(BC)=(AB)C计算机组成与系统结构23布尔代数规则摩根定理A+B=AB基本定理如下：AB=A+B对偶定理A+BC=(A+B)(A+C)A(B+C)=AB+AC用途：化简布尔函数、逻辑电路图计算机组成与系统结构24基本公式验证方法A(A＋B)＝AABA＋BA(A＋B)0000011010111111BA与BAABBABA0011010010001100AB与BAABABBA0011011110111100A＋(AB)＝AABABA＋(AB)0000010010011111计算机组成与系统结构25用卡诺图表示最小项用卡诺图表示逻辑函数用卡诺图化简逻辑函数具有随意项的逻辑函数的化简BCA000111100m0m1m3m21m4m5m7m6三变量的卡诺图BA010m0(BA)m1(BA)1m2(BA)m3(AB)二变量的卡诺图卡诺图用卡诺图表示最小项计算机组成与系统结构26CDEAB00000101101011011110110000m0m1m3m2m6m7m5m401M8m9m11m10m14m15m13m1211m24m25m27m26m31m30m29m2810m16m17m19m18m22m23m21m20五变量的卡诺图CDAB0001111000m0m1m3m201m4m5m7m611m12m13m15m1410m8m9m11m10四变量的卡诺图用卡诺图表示最小项计算机组成与系统结构27用卡诺图表示逻辑函数CDAB00011110000100011001110010101111)15,11,10,9,8,6,4,1(imBAACDDBADCBAYi＋＋＋计算机组成与系统结构28BCA000111100011111101DCACBADCDCAABDABCY＋＋＋＋＋DADAYYDAYYY＋＝1CBCABAY)6,5,4,3,2,1(mCBCBCACAYCDAB00011110001001011001111111CDAB00011110001001011001111111101111用卡诺图化简逻辑函数计算机组成与系统结构29用卡诺图化简具有任意项的逻辑函数CDAB00011110001x01x111xxx101xxDADAY＋0010141591253871mmmmmmmDCBADABCABCDDCBADCABDCBACDBAmmmDCBABCDADCBAY约束＋＋计算机组成与系统结构30)15,14,7,6,5,2,1,0(m)D,C,B,A(Y用卡诺图化简逻辑表达式，并把化简结果取反。课堂练习：计算机组成与系统结构31第一章用卡诺图化简，没有多余的方块群，不一定最简CDAB00011110001101010111110011100000CDAB00011110001101010111110011100000BCDCABDACBAY＋＋非最简表达式BCDCADBAY＋＋最简表达式非最简最简计算机组成与系统结构32•组合逻辑电路应用实例加法器，编码器，译码器，多路选择器•组合逻辑电路逻辑门，布尔代数，卡诺图计算机组成与系统结构33常用的组合逻辑电路加法器译码器编码器多路选择器计算机组成与系统结构34设计组合电路的步骤如下:对问题进行描述定义输入输出变量名写出真值表根据真值表写出输出表达式，并化简。画逻辑图买器件设计电路板、加工、制板焊接计算机组成与系统结构35编码器的定义与功能编码器计算机组成与系统结构36编码：将特定含义的输入信号（文字、数字、符号）转换成二进制代码的过程。实现编码操作的电路称为编码器。编码器高？低？码？N个需编码的信息n位二进制码（2n≥N）编码器的定义与功能计算机组成与系统结构37编码器编码器有2n个输入信号，n个输出信号，输入信号中只有一个是有效的电平.编码:将特定含义的输入信号(文字,数字,符号)转换成二进制代码的过程.实现编码操作的电路称为编码器.D7D6D5D4D3D2D1D0F2F1F000000001000000000100010000010001000001000011000100001000010000010101000000110100000001118-3编码器的真值表F0=D1+D3+D5+D7F1=D2+D3+D6+D7F2=D4+D5+D6+D78-3编码器的逻辑表达式：计算机组成与系统结构38D7D6D5D4D3D2D1D08-3编码器F0F1F28-3编码器的逻辑符号实际应用例子：8个开关、3个灯，如何通过观察灯来判断哪个开关具有有效的输入？计算机组成与系统结构391.2位二进制编码器（4线-2线编码器）I0I1I2I3Y1Y0000000100000010001001010000111输入高电平有效，输出8421码输入4个互斥的信号输出2位二进制代码编码器的定义与功能计算机组成与系统结构40I0I1I2I3Y1Y00000001000000100010010100001111.2位二进制编码器（4线-2线编码器）计算机组成与系统结构41输入输出Y2Y1Y0I0I1I2I3I4I5I6I70000010100111001011001112.3位二进制编码器输入8个互斥的信号输出3位二进制代码计算机组成与系统结构42753175310763276321765476542IIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIIIIIYI7I6I5I4I3I2I1I0Y2Y1Y0I7I6I5I4I3I2I1I0Y2Y1Y0(a)由或门构成(b)由与非门构成≥1≥1≥1&&&逻辑图计算机组成与系统结构433.键盘输入8421BCD码编码器计算机组成与系统结构44译码器n个输入信号的译码器有2n个输出信号每个输出信号对应于n个输入信号的一种编码输出信号中只有一个处于有效状态通常还有一个输出许可信号（EN）计算机组成与系统结构45译码是编码的逆过程，即将某个二进制翻译成电路的某种状态。实现译码操作的电路称为译码器。译码器的定义与功能一类是将一系列代码转换成与之一一对应的有效信号，称为唯一地址译码器。另一类是将一种代码转换成另一种代码，称为代码译码器。计算机组成与系统结构46D2D1D0ENF7F6F5F4F3F2F1F0000100000001001100000010010100000100011100001000100100010000101100100000110101000000111110000000xxx000000000F7F6F5F4F3F2F1F0D0D1D2EN3-8译码器3-8译码器的真值表3-8译码器的逻辑符号计算机组成与系统结构473-8译码器的逻辑表达式：F0=ED2D1D0F1=ED2D1D0F2=ED2D1D0F3=ED2D1D0F4=ED2D1D0F5=ED2D1D0F6=ED2D1D0F7=ED2D1D0计算机组成与系统结构48F0F1F2F3F4F5F6F7000001010011100101110111D0D1D2EN逻辑电路图计算机组成与系统结构493-8译码器(74LS138)输入输出。控制端+5V计算机组成与系统结构50计算机组成与系统结构51计算机组成与系统结构52多路选择器在选择信号的作用下，从多个输入端中选择一个作为输出。有n个选择信号的数据选择器，是从2n个输入数据线中选择一个作为输出。到底选择哪一个输入数据，由n位选择信号决定。计算机组成与系统结构534-1多路选择器的逻辑表达式：Y=1S0SI0+1SS0I1+S10SI2+S1S0I3S1S0Y00I001I110I211I34-1多路选择器的真值表S1S0YI0I1I2I34-1多路选择器的逻辑符号计算机组成与系统结构54S0S1I0I1I2I3Y4-1多路选择器的逻辑电路图计算机组成与系统结构55总结：•组合逻辑电路应用实例编码器，译码器，多路选择器•组合逻辑电路逻辑门，布尔代数，卡诺图计算机组成与系统结构56完