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1、*1计算机组成原理王志宏 副教授 博士电子商务与物流系E-mail:L*2教学大纲共八（1-8周）次课。每次课的前两节课，讲授以计算机组成原理为主的内 容。后两节课，上机编程。*3成绩评定考试成绩由平时成绩和期末考试组成。平时成绩： 20%，主要是考勤和课堂表现。期末考试：卷面考试 80%，理论课和实验课各占一半。答疑每星期二下午12:30-13:30，旭日楼711室。或电子邮 件。*4主要讲授计算机的工作原理和一般硬件结构知识，使学 生了解计算机的基本结构，内部信息流通、指令系统以 及一些接口电路的基本原理；学会初步进行规范化程序 设计的基本知识，和规范化信息系统开发的一些基本技 能。课程任
2、务和教学目标*5逻辑代数基础逻辑代数和普通代数的共同之处是有变量的运算。 逻辑代数用字母表示变量。作为逻辑变量，取值只有 “0”或“l”两个。这两个值不是数量上的概念，而是表示 两种不同的状态。在逻辑电路中，常用“0”或“1”表示 电位的低或高，脉冲的无或有。在人们的逻辑思维中 ，常用“0”或“1”表示命题的假或真。*6一 逻辑运算逻辑代数的基本运算比较简单，只有三种：“与 ”运算、“或”运算和“非”运算。任何复杂的逻辑 运算都可由这三种基本逻辑运算构成。如，广 泛采用的“与非”、 “或非”、 “与或非”、 “异或” 。、 “同或”等逻辑运算，它们的逻辑关系可以 由以上三种基本运算导出。*7当
3、决定一事件的所有条件都具备之后，这事件才会发生，称这 种因果关系为“与”逻辑关系，或称为“与”逻辑运算或逻辑乘。条件用逻辑变量“A，B”表示，变量取值为1，表示条件具备 ;取值为0,表示条件不具备。事件用F表示，只有发生（用1表示） 和不发生（用0表示）两种取值。“与”逻辑运算用表达式表示为：F=AB 或者 F=A B 一般简写为：F=AB，把此式称为变量A、B相“与”的逻辑表达式 。1“与”运算*8用两个串联的开关A、B控制一盏灯，如图1(a)所示。 灯亮的条件是开关A“与”开关B同时处在合上位置。 假定灯亮为“1”，不亮为“0”，开关在合上位置为“1” ，在断开位置为“0”，那么，把灯的状
4、态和两个开关 所处位置之间的关系列表，如图1(b)所示。把这种表 称为真值表(或称为功能表)。“与”运算真值表ABF000100010111图1“与”逻辑关系(b)(a)*9常用真值表来表示逻辑命题的真假关系。把所有的条件(输入 变量)的全部组合以表格形式列出来，这里为A、B，再把在每一 种组合下对应的事件(函数)的值F求出，这张表格就是真值表。因 为每个条件有两种状态“0”、“1”，因此，n个条件就有2n个组合。 图1(b)为A“与”B的真值表。 同一逻辑函数只可能有唯一的真值表！*10当决定事件发生的各种条件中，只要有一个或一个以上条件 具备时，这事件就会发生，这样的因果关系称为“或”逻辑
5、关系， 或称逻辑加。 “或”运算的逻辑表达式为： F=A+B 或者F=AB 。2“或”运算*11用并联的两个开关A、B控制一盏灯，如图2(a)所示，只要 开关A“或”开关B在合上位置，灯就亮。按照前面假定来赋 值“0”、“1”，列出真值表，如图2(b)所示。(a)“或”运算真值表ABF000101011111图2“或”逻辑关系(b)*12如开关A和灯的状态有如图3(a)所示的关系， 写出灯的状态和开关A的位置关系的真值表如图3(b)所示。(a)AF0110(b)“非”运算真值表图3“非”逻辑关系3“非”运算“非”运算，就是否定，或者称为求反。 “非”运算的逻辑表达式为： ， 表示无论A 取何值
6、，F总是取A相反的值。*13任何逻辑函数都可以由实际的逻辑电路来实现。逻辑代数的“与 ”、“或”和“非”三种基本运算对应有三种逻辑电路，分别把它们称 为“与”门、“或”门和“非”门。除了上述三种基本电路外，还可以 把它们组合起来，实现功能更为复杂的逻辑门。其中，常见的有“ 与非门”、“或非”门、“与或”门、“与或非”门、“异或”门、“异或非 ”门等，这些门电路又称复合门电路。本节就它们的逻辑关系式及 有关特性作一阐述。二 基本逻辑电路*14实现“与”逻辑运算的电路称为“与”门电路。一个与门电 路有两个或两个以上输入端，只有一个输出端。根据“与”门 电路的输入端数，常见的有二输入“与”门、三输入
7、“与”门、 四输入“与”门等。二输入“与”门的图形（逻辑）符号如图4(a) 所示。二输入“与”门的真值表如图4(b)所示。 它所实现的逻辑函数为：F=AB ABF000100010111“与”门的真值表 图4“与”门电路符号及真值表(a)(b)1“与”门&A BF=A B*15人们常把“与”门的一个输入端用作门的控制端，用来对电路能否 实现“与”逻辑进行控制。当控制端为“1”时，其余输入的“与”逻辑才 能在F端出现，这时称“与门”打开；当控制端为“0”时，F端始终为 “0”，电路的“与”功能被禁止，这时称“与”门关闭。“与”门的逻辑功能可归结为“只有输入全为1时，输出才是1”。用“ 与”门可以
8、构成这样的逻辑判断：几个输入信号是否同时都处于1状 态。*16实现“或”运算的电路称为“或”门电路。二输入“或”门的图形符 号如图5(a)所示。它所实现的逻辑函数为：F=A+B。根据输入端数，常见的“或”门电路有二输入“或”门、四输入“或 ” 门等。(a)2“或”门1A BF=A +B*17常把“或”门的一个输入端用作控制端，当控制端为“0”时，其 余输入的“或”逻辑才能在F端出现，这时称“或”门打开；当控制 端为“1”时，F端始终为“1”，“或”功能被禁止，这时称“或”门关闭 。 “或”门的逻辑功能可归结为“只有输入全为0时，输出才是0”，或 者说“只要输入有1就出1”。用“或”门可以构成这
9、样的逻辑判断： 几个输入信号是否至少有一个1状态。 。 *18实现求反运算的电路称为“非”门，又称反相门，非门的输入信号和 输出信号永远是互补的。反相门电路图形符号如图6(a)所示。它所 实现的逻辑函数的表达式为(a)3. “非”门1AF= *194“与非”门实现“与非”运算的电路称为“与非”门电路。二输入“与非”门的图 形符号如图7(a)所示。它所实现的逻辑函数为：根据输入端数，常见的“与非”门电路有二输入“与非”门、四输入“ 与非”门等。二输入“与非”门的真值表如图7(b)所示。 ABF001101011110“与非”门真值表 (a)(b) 图7“与非”门电路符号及真值表 F=AB&AB*
10、205“或非”门 实现“或非”运算的电路称“或非”门电路，实现二输入变量“或非” 运算的“或非”门电路图形符号如图8(a)所示。它所实现的逻辑函数 为：根据输入端数，常见的“或非”门电路也有二输入“或非”门、四输 人“或非”门等。二输入“或非”门的真值表如图8(b)所示。ABF001100010110“或非”门真值表 (a) (b) 图8“或非”门电路符号及真值表 F=A+B1AB*216“与或非”门 在实际问题中，常常需要实现这种逻辑表达式： 。 它包含了“与”、“或”、“非”三种逻辑运算。“与或非”门的电路如图9 所示。把这种函数形式称为“与或非”形式，实现“与或非”形式的电 路称为“与或
11、非”门。 图9 “与或非”门电路符号及其真值表 ABCDF00001000110011001110F=AB+CD1A B C D&*227“异或”门在实际问题中，还常常遇到如下的逻辑形式： 。把 这种形式称为“异或”形式，就是“当决定事件发生的各种条件中 ，有奇数个条件具备时，这事件就会发生”。通常写作：。实现这种形式的电路称为“异或”门电路。“异或”形 式还常用如下表达式表示： 。 “异或”门的图形符号及其真值表如图10(a)、(b)所示。ABF000101011110(a)(b)图10“异或”门的电路符号及其真值表 =1A BF=A B*23由图10(b)真值表可以看到，“异或”形式的特点
12、是：只有当输入两变 量相“异”时，才有F=1；否则F=0，这就是“异或”的逻辑含义。“异或”门电路有以下几方面的用处：(1)可控的数码原反码输出器。如果把“异或”门的一个输入端作 控制端，另一个输入端为数码输入端由“异或”门的真值表可知： 当控制端为“1”时，输出为数码输入的反码；当控制端为“0”时，输 出为数码输入的原码。这样看来，“异或”门就是一个可控的数码原 反码输出器。(2)作数码比较器。把要比较的数码加至“异或”门的输入端，当输 出F=0时，便可知两数码等值；当输出F=l时，便可知两数码不等值 。(3)求两数码的算术和。若两数码A、B做算术加时，不考虑进位 ，由“异或”门的真值表可知，F是A、B的算术和。*248“同或”门(“异或非”门)在实际问题中还常常遇到如下的逻辑形式： ，把这 种形式称为“同或”形式，通常记作F=AB。实现这种逻辑形式的 电路称为“同或”门电路(或称“异或非”门)，“同或”门电路和真值 表见图11。由图11的(b)真值表可以看到，“同或”形式的特点是 ：只有当输入相同时，输出F才为“1”；否则F为“0”，这就是“同 或”逻辑的含义。ABF001100010111(b)(a)图11 “异或非”门电路符号及真值表 =1A BF=AB*25三 上机编程求逻辑函数的真值表1运行结果：*26求逻辑函数的真值表2运行结果：
