1、第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要由 兩大部分組成。2計(jì)算機(jī)硬件子系統(tǒng)由3計(jì)算機(jī)軟件子系統(tǒng)由4計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件由5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件由6計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)硬件子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器組成輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器組成系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件組成系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件組成通用軟件、專(zhuān)用軟件、通信軟件、子程序庫(kù)組成通用軟件、專(zhuān)用軟件、通信軟件、子程序庫(kù)組成操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)容量、速度、價(jià)格容量、速度、價(jià)格第二章第二

2、章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件7 7計(jì)算機(jī)發(fā)展四代主要代表計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)展四代主要代表計(jì)算機(jī)8 8計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展方向計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展方向9 9計(jì)算機(jī)按功能可分為計(jì)算機(jī)按功能可分為1010計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)有計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)有1111計(jì)算機(jī)的應(yīng)用有計(jì)算機(jī)的應(yīng)用有電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路、電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路、大規(guī)模超大規(guī)模集成電路大規(guī)模超大規(guī)模集成電路巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化電子數(shù)字計(jì)算機(jī)、電子模擬計(jì)算機(jī)、電子通用計(jì)算機(jī)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)、電子模擬計(jì)算機(jī)、電子通用計(jì)算機(jī)速度快、精度高、記憶強(qiáng)、工作自動(dòng)化、通用性好速度快、精度高、記憶強(qiáng)、工作自動(dòng)化、通

3、用性好科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制、輔助設(shè)計(jì)、仿真科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制、輔助設(shè)計(jì)、仿真第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件第第2章章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件 本章學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.3 邏輯門(mén)的實(shí)現(xiàn)邏輯門(mén)的實(shí)現(xiàn)1.4 計(jì)算機(jī)中常用的組合邏輯電路計(jì)算機(jī)中常用的組合邏輯電路1.5 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路1.6 陣列邏輯電路陣列邏輯電路第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件1.3 邏輯門(mén)的實(shí)現(xiàn)邏輯門(mén)的實(shí)現(xiàn)一、與門(mén)一、與門(mén) AB=P AB=P二、或門(mén)二、或門(mén)第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件三、非門(mén)三、非門(mén)返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)P(yáng)A 四、與非

4、門(mén)四、與非門(mén)PBA第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件五、或非門(mén)五、或非門(mén)返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)P(yáng)BA六、與或非門(mén)六、與或非門(mén)PCDAB第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件七、異或門(mén)七、異或門(mén)返回本返回本節(jié)節(jié)PBABAPBA或八、同或門(mén)八、同或門(mén)PBAABPBA或第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件1.4 計(jì)算機(jī)中常用的組合邏輯電路計(jì)算機(jī)中常用的組合邏輯電路一、算術(shù)邏輯電路一、算術(shù)邏輯電路（一）半加器（一）半加器1.概念：只考慮本位和本位向高位進(jìn)位，不考慮低位向概念：只考慮本位和本位向高位進(jìn)位，不考慮低位向本位進(jìn)位的加法器。本位進(jìn)位的加法器。2.半加器真值表半加

5、器真值表返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)AiBiSiCi0000011010101101第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件3.3.邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式 返回本返回本節(jié)節(jié)iiiiiiiiiiBACBABABAS4.4.半加器電路半加器電路AiBiSiCiHAi BiCiSi第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)（二）全加器（二）全加器1.概念：不但考慮本位和本位向高位的進(jìn)位，而且還考概念：不但考慮本位和本位向高位的進(jìn)位，而且還考慮低位向本位的進(jìn)位。慮低位向本位的進(jìn)位。2.全加器真值表全加器真值表AiBiCi-1SiCi000000011001010011011

6、0010101011100111111第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)3.邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式：1111iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAS)()(1111iiiiiiiiiiiCBCBACBCBAS)()(11iiiiiiiCBACBAS1iiiiCBAS1111iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAC11iiiiiiiCACBBAC第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)4.全加器電路全加器電路第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)（三）并行相加，串行進(jìn)位加法器

7、（三）并行相加，串行進(jìn)位加法器第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件（四）并行相加，串行進(jìn)借位加法器（四）并行相加，串行進(jìn)借位加法器1.1.SUB=0 SUB=0 時(shí)為加法時(shí)為加法2.2.SUB=1 SUB=1 時(shí)為減法時(shí)為減法SUB0 0和一個(gè)數(shù)異或，結(jié)果為那個(gè)數(shù)；和一個(gè)數(shù)異或，結(jié)果為那個(gè)數(shù)；1 1和一個(gè)和一個(gè)數(shù)異或，結(jié)果為那個(gè)數(shù)的相反數(shù)。數(shù)異或，結(jié)果為那個(gè)數(shù)的相反數(shù)。第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件（五）超前進(jìn)位電路（五）超前進(jìn)位電路 超前進(jìn)位產(chǎn)生電路是根據(jù)各位進(jìn)位的形成條件來(lái)實(shí)超前進(jìn)位產(chǎn)生電路是根據(jù)各位進(jìn)位的形成條件來(lái)實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)的。1.產(chǎn)生產(chǎn)生C1的條件：的條件：（

8、1） X1、Y1均為均為“1”；（2） X1、Y1任一為任一為“1”，且進(jìn)位，且進(jìn)位C0為為“1”。011111)(CYXYXC2.2.產(chǎn)生產(chǎn)生C C2 2的條件的條件（1） X2、Y2均為均為“1”；（2） X2、Y2任一為任一為“1”，且，且X1、Y1均為均為“1”；（3） X2、Y2任一為任一為“1”， 同時(shí)同時(shí)X1、Y1任一為任一為“1”，且，且C0為為“1”。第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)011221122222)()(CYXYXYXYXYXC01122331122332233333)()()()(CYXYXYXYXYXYXYXYXYXC011

9、223344112233442233443344444)()()()()()()(CYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXC第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè) 下面我們引入進(jìn)位傳遞函數(shù)下面我們引入進(jìn)位傳遞函數(shù)Pi和進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù)和進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù)Gi的概念，它們的定義為：的概念，它們的定義為：iiiiiiYXGYXP 將將P Pi i，G Gi i帶入帶入C C1 1 C C4 4式，便可得：式，便可得：01234123423434440123123233301212220111CPPPPGPPPGPPGPGCCPPPGPPGPGCCPPGPGC

10、CPGC第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè) 由全值表可知，當(dāng)全加器的輸入均取反碼時(shí)，它由全值表可知，當(dāng)全加器的輸入均取反碼時(shí)，它的輸出也均取反碼。據(jù)此，可把它們以的輸出也均取反碼。據(jù)此，可把它們以“與非與非”、“或非或非”、“與或非與或非”形式改寫(xiě)成如下形式：形式改寫(xiě)成如下形式：01234123423434440123123233301212220111CGGGGPGGGPGGPGPCCGGGPGGPGPCCGGPGPCCGPC第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回

11、本章首頁(yè)二、算術(shù)邏輯單元二、算術(shù)邏輯單元（一）（一）74181算邏部件：算邏部件： 1 24 7418112 (24)VccGNDA=BMCnCn+4PGA3A0B3B0S3S0F3F01.1.邏輯引腳圖：邏輯引腳圖：2.2.引腳功能：引腳功能：1 1）A A0 0A A3 3:4:4位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)A A2 2）B B0 0B B3 3:4:4位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)B B3 3）F F0 0F F3 3: :運(yùn)算結(jié)果運(yùn)算結(jié)果4 4）S S0 0S S3 3: :狀態(tài)控制信號(hào)，狀態(tài)控制信號(hào)， 控制運(yùn)算類(lèi)型，控制控制運(yùn)算類(lèi)型，控制1616中中運(yùn)算。運(yùn)算。5 5）M:M:運(yùn)算選擇運(yùn)算選擇 M=1

12、 M=1 邏輯邏輯運(yùn)算；運(yùn)算；M=0 M=0 算術(shù)運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算。第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè) 使用使用7418174181組合一個(gè)十六位加法器：組合一個(gè)十六位加法器：（并行相加，（并行相加，組內(nèi)并行進(jìn)位，組間串行進(jìn)位）組內(nèi)并行進(jìn)位，組間串行進(jìn)位） 如果把如果把1616位位ALUALU中的每四位作為一組，用類(lèi)似四位超中的每四位作為一組，用類(lèi)似四位超前進(jìn)位加法器前進(jìn)位加法器“位間快速進(jìn)位位間快速進(jìn)位”的形成方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的形成方法來(lái)實(shí)現(xiàn)1616位位ALUALU中的中的“組間快速進(jìn)位組間快速進(jìn)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 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件用用7418174181和和7418274182電路組成的電路組成的1616位快速位快速ALUALUCn+4Cn+4Cn+4Cn+4第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件（二）并行進(jìn)位產(chǎn)生芯片（二）并行進(jìn)位產(chǎn)生芯片SN74182GND SN74181 (16)VccCnPGP0G0CN+1P1G1CN+2P2G2CN+3P3G31.1.邏輯引腳圖：邏輯引腳圖：2.2.引腳功能：引腳功能：1 1） P P0 0 P P3 3：輸入進(jìn)位傳輸入進(jìn)位傳遞函數(shù)，來(lái)源于遞函數(shù)，來(lái)源于SN74181SN74181；2 2） G G0 0 G G3 3：輸入

14、進(jìn)位產(chǎn)輸入進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù)，來(lái)源于生函數(shù)，來(lái)源于SN74181SN74181；3 3）C CN+1 N+1 C CN+2 N+2 C CN+3 N+3 ：182182產(chǎn)生的產(chǎn)生的并行進(jìn)位信號(hào)，輸出并行進(jìn)位信號(hào)，輸出1811814 4）C CN N ：輸入來(lái)源于最低位輸入來(lái)源于最低位的進(jìn)位；的進(jìn)位；5 5）P P：進(jìn)位傳遞進(jìn)位傳遞 G G：進(jìn)位產(chǎn)生進(jìn)位產(chǎn)生第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件三、譯碼器三、譯碼器 （一）二輸入四輸出譯碼器（一）二輸入四輸出譯碼器1.電路：電路：返回本返回本節(jié)節(jié)第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件（二）（二）74LS138譯碼器芯片（雙二譯碼器芯片（

15、雙二四譯碼器）四譯碼器）1.邏輯引腳圖：邏輯引腳圖：返回本返回本節(jié)節(jié)2.2.引腳功能：引腳功能：1 1） 譯碼輸出譯碼輸出2 2）G G1 1 片選信號(hào)片選信號(hào) 1 0 0 1 0 0 該片可工作該片可工作3 3）輸出選擇信號(hào)）輸出選擇信號(hào) C B AC B A 0 0 0 0 0 0 07YYGND 74LS138CBA (16)VccG107YYAG2BG2AAGG2200Y第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件2. 74LS138譯碼器功能表譯碼器功能表：返回本返回本節(jié)節(jié) 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 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件四、多路開(kāi)關(guān)（數(shù)據(jù)選擇器）四、多路開(kāi)關(guān)（數(shù)據(jù)選擇器） 1.1.電路：電路：返回本返回本節(jié)節(jié)EDSSDSSDSSDSSY)

17、(310210110010第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件五、三態(tài)開(kāi)關(guān)五、三態(tài)開(kāi)關(guān) 返回本返回本節(jié)節(jié)DinDoutE（三態(tài)開(kāi)關(guān)控制端）三態(tài)開(kāi)關(guān)控制端）DoutDout具有三種狀態(tài)：具有三種狀態(tài)：“1”“1”態(tài)，態(tài)，“0” “0” 態(tài)，態(tài)，“高阻態(tài)高阻態(tài)”。E=1 E=1 DoutDout=Din=DinE=0 E=0 DoutDout高阻態(tài)（懸浮狀態(tài)）高阻態(tài)（懸浮狀態(tài)）第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件1.5 時(shí)序電路時(shí)序電路一、觸發(fā)器一、觸發(fā)器（一）（一）R-S觸發(fā)器觸發(fā)器返回本返回本節(jié)節(jié)RSQQ R S 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 原原 態(tài)態(tài)

18、非非 法法QQ第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件（二）鎖存器（二）鎖存器 第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件（三）（三）D D 觸發(fā)器觸發(fā)器返回本返回本節(jié)節(jié)異步輸入端異步輸入端 R R、S S同步輸入端同步輸入端 D D：數(shù)據(jù)輸入端、數(shù)據(jù)輸入端、CPCP：選通脈沖（上跳觸發(fā)）選通脈沖（上跳觸發(fā)）第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件D D 觸發(fā)器功能表觸發(fā)器功能表返回本返回本節(jié)節(jié)第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件二、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節(jié)節(jié)第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件（二）移位寄存器二

19、）移位寄存器返回本返回本節(jié)節(jié)工作過(guò)程：工作過(guò)程：1.存數(shù)：存數(shù)：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 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件三、計(jì)數(shù)器三、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：計(jì)算機(jī)和數(shù)字儀表中的常用電路計(jì)算機(jī)和數(shù)字儀表中的常用電路計(jì)數(shù)器分為計(jì)數(shù)器分為：同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器； 二進(jìn)制和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。二進(jìn)制和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同步計(jì)數(shù)同步計(jì)數(shù)：器是各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)由同一時(shí)鐘提供。器是各觸發(fā)器的時(shí)鐘

20、信號(hào)由同一時(shí)鐘提供。 優(yōu)點(diǎn)：各觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)，無(wú)延時(shí)，頻率高。優(yōu)點(diǎn)：各觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)，無(wú)延時(shí)，頻率高。 缺點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。缺點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 異步計(jì)數(shù)器：高位觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)是由低一位觸發(fā)器異步計(jì)數(shù)器：高位觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)是由低一位觸發(fā)器的輸出來(lái)提供的，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。的輸出來(lái)提供的，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 返回本返回本節(jié)節(jié)第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件三、計(jì)數(shù)器三、計(jì)數(shù)器（一）電路：（一）電路：（串行加（串行加“1”“1”計(jì)數(shù)器）計(jì)數(shù)器）返回本返回本節(jié)節(jié)（二）工作原理： 1）送CLR正脈沖 0 0 1 1 1 1 1 2）送CLK正脈沖 0 1 1 0 1 0 0 3）送CLK正脈

21、沖 1 0 0 1 0 1 14）送CLK正脈沖 1 1 0 0 0 0 01010101CPDDQQQQCLRCLKRRCP1D1Q11Q0QQ0CP0 D0第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件1.6 1.6 邏輯陣列電路邏輯陣列電路返回本返回本節(jié)節(jié) 陣列邏輯電路近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。陣列是指陣列邏輯電路近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。陣列是指邏輯元件在硅芯片上以陣列形式排列，芯片面積小，產(chǎn)邏輯元件在硅芯片上以陣列形式排列，芯片面積小，產(chǎn)品成品率高，用戶(hù)自編程、減少系統(tǒng)的硬件規(guī)模等優(yōu)點(diǎn)。品成品率高，用戶(hù)自編程、減少系統(tǒng)的硬件規(guī)模等優(yōu)點(diǎn)。第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件1.6

22、 1.6 邏輯陣列電路邏輯陣列電路一、一、ROM ROM 陣列電路陣列電路（掩膜只讀存儲(chǔ)器）掩膜只讀存儲(chǔ)器） ROM ROM的電路結(jié)構(gòu)主要包括三部分：地址譯碼器，存的電路結(jié)構(gòu)主要包括三部分：地址譯碼器，存儲(chǔ)矩陣，輸出緩沖器。如圖所示。儲(chǔ)矩陣，輸出緩沖器。如圖所示。 第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件A1A0D0D2D1D3R0X0X1X2X3接地（一）具體電路：（一）具體電路：（4 44 4）第二章第二章 計(jì)算機(jī)的邏輯部件計(jì)算機(jī)的邏輯部件1.6 1.6 邏輯陣列電路邏輯陣列電路返回本返回本節(jié)節(jié)（二）工作過(guò)程：二）工作過(guò)程：讀讀 0 0 號(hào)單元內(nèi)容：號(hào)單元內(nèi)容：1.1.A A1 1A A2 2=00B X0=1 X1=X2=X3=0=00B X