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1、2-1系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入输入/输出设备输出设备林楠林楠办公室：办公室：211办公电话：办公电话：9电子邮件：电子邮件： 计算机组成原理计算机组成原理 计算机的逻辑部件计算机的逻辑部件（补充：数字电路）（补充：数字电路）2-2下下次上课，演讲。下下次上课，演讲。题目：自定（有关硬件）题目：自定（有关硬件） 推介新颖的电子设备、存储设备、嵌入式设备、推介新颖的电子设备、存储设备、嵌入式设备、 输入设备、输出设备（书上输入设备、输出设备（书上5.2不讲）等不讲）等 例如：智能移动终端、媒体播放器等等例如：智能移动终端、媒体播放器等等要
2、求：每个小班要求：每个小班5人人 每人约每人约8分钟，大约分钟，大约10页页PPT左右。左右。 必须全部脱稿演讲。必须全部脱稿演讲。 2-3计算机组成原理的基础知识是计算机组成原理的基础知识是：数字电路数字电路。通过数字电路的门电路、触发器、移位寄存器、译码器、时序电路通过数字电路的门电路、触发器、移位寄存器、译码器、时序电路等这些部件，来构成计算机的某些部件。等这些部件，来构成计算机的某些部件。例如：例如：运算器，控制器，存储器等。运算器，控制器，存储器等。如果数字电路没有学，学计算机组成原理就比较难。如果数字电路没有学，学计算机组成原理就比较难。计算机的逻辑部件预备知识计算机的逻辑部件预备
3、知识这些基础知识帮助我们理解：这些基础知识帮助我们理解： 电路为什么能实现逻辑功能呢？电路为什么能实现逻辑功能呢？ 电路为什么能算题呢？电路为什么能算题呢？2-41、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路2、逻辑运算与数字电路、逻辑运算与数字电路3、分析逻辑功能设计逻辑电路、分析逻辑功能设计逻辑电路 3.1、实际问题、实际问题 - 真值表真值表 3.2、真值表、真值表 - 逻辑表达式逻辑表达式 3.3、逻辑表达式、逻辑表达式 - 化简得：最简表达式化简得：最简表达式 3.4、最简表达式、最简表达式 - 逻辑电路图逻辑电路图4、三态门电路、三态门电路计算机的逻辑部件预备知识计算机的逻辑部件预
4、备知识2-51、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路物体按导电特性分为：物体按导电特性分为：绝缘体绝缘体: 不导电（不导电（塑料、橡胶、陶瓷塑料、橡胶、陶瓷）导导 体体: 双向导电（双向导电（金、银、铜、铁金、银、铜、铁）半导体：半导体：单向导电单向导电（常见的半导体材料有：（常见的半导体材料有：硅、锗硅、锗等）等） （导电性能介于绝缘体和导体之间，（导电性能介于绝缘体和导体之间， 半导体经过加工生产出半导体经过加工生产出二极管二极管，三极管三极管）二极管：电流只能单向流动二极管：电流只能单向流动2-61、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路三极管三极管：集电极、发射极、基极集电极
5、、发射极、基极（在（在半导体半导体的基体上经过加工生产出来，的基体上经过加工生产出来， 大体上等于一个大体上等于一个电子开关。）电子开关。）三极管构成了一个三极管构成了一个反相器反相器电路，完成电路，完成逻辑取反逻辑取反功能。功能。反相器反相器电路是构成其他逻辑线路的基础电路。电路是构成其他逻辑线路的基础电路。+Vcc(+5V)+Vcc电源电源电阻电阻集电极集电极输入输入基极基极输出输出发射极发射极接地接地接地接地输入输入输出输出两个反相器两个反相器基极基极 输入高电平输入高电平 0.7 V （三极管导通三极管导通）电流通过电阻，从集电极流向发射极电流通过电阻，从集电极流向发射极集电极集电极与
6、与发射极发射极之间电压差接近之间电压差接近0V。所以所以集电极集电极输出电平为输出电平为0 V，基极基极 输入低电平输入低电平 = 0 V（三极管截止三极管截止）电流不能通过集电极流向发射极电流不能通过集电极流向发射极集电极集电极与与发射极发射极之间电压差高，比如之间电压差高，比如 4 V，所以所以集电极集电极输出电平为输出电平为4 V。重点重点2-7两种最基本的门电路两种最基本的门电路:与非门与非门, 或非门或非门与非门：与非门：AB输入输入 A B 输出输出 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 两路输入都高，输出才为低。两路输入都高，输出才为低。即：两个三极管都导通，输出低电平
7、。即：两个三极管都导通，输出低电平。+Vcc(+5V)电源电源电阻电阻输入输入A输出输出 T 1接地接地输入输入BT 21、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路由此理解：由此理解：半导体电路为什么可以实现逻辑功能呢？半导体电路为什么可以实现逻辑功能呢？2-8+Vcc(+5V)电源电源输入输入A输出输出接地接地接地接地输入输入B或非门：或非门：A+B输入输入 A B 输出输出 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0任何一路输入为高，输出都为低。任何一路输入为高，输出都为低。在此基础上，可以制作并使用不在此基础上，可以制作并使用不带反相功能的带反相功能的与门与门和和或门或门电路。电路
8、。与非门、或非门的输入控制端也与非门、或非门的输入控制端也都可以多于两个。都可以多于两个。1、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路两种最基本的门电路两种最基本的门电路:与非门与非门,或非门或非门 T 1T 22-91、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路3、分析逻辑功能设计逻辑电路、分析逻辑功能设计逻辑电路 3.1、实际问题、实际问题 - 真值表真值表 3.2、真值表、真值表 - 逻辑表达式逻辑表达式 3.3、逻辑表达式、逻辑表达式 - 化简得：最简表达式化简得：最简表达式 3.4、最简表达式、最简表达式 - 逻辑电路图逻辑电路图4
9、、三态门电路、三态门电路计算机的逻辑部件预备知识计算机的逻辑部件预备知识计算机的硬件都由数字逻辑电路组成。计算机的硬件都由数字逻辑电路组成。2-10电电路路中中的的信信号号模拟信号模拟信号数字信号数字信号随时间随时间连续连续变化的信号变化的信号时间和幅度都是时间和幅度都是离散离散的的2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路tu tu2-11模拟信号：模拟信号：注重注重电路输入、输出信号之间的大小电路输入、输出信号之间的大小与与相位关系相位关系。模拟电路：模拟电路：包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。 在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态。
10、在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路数字电路：数字电路：注重注重电路输出、输入信号之间的逻辑关系电路输出、输入信号之间的逻辑关系。数字电路：数字电路：主要分析工具是主要分析工具是逻辑代数逻辑代数； 数字电路功能可用真值表、逻辑表达式、波形图表示。数字电路功能可用真值表、逻辑表达式、波形图表示。 数字电路中：三极管工作在开关状态下（导通数字电路中：三极管工作在开关状态下（导通/截止）。截止）。按照信号形式的不同按照信号形式的不同, ,我们将电路分为两大类：我们将电路分为两大类：模拟电路模拟电路与与数字电路数字电路。 模拟电路模拟电路处理处理模
11、拟信号模拟信号； 数字电路数字电路处理处理数字信号数字信号。重点重点2-122、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路逻辑问题逻辑问题的前提是二值性问题，一个问题只有二种答案，的前提是二值性问题，一个问题只有二种答案，“真真”“假假”。 不存在第三种似是而非的答案。不存在第三种似是而非的答案。逻辑问题逻辑问题一般用一般用“1”和和“0”分别分别表示一个问题的两种答案，不表示表示一个问题的两种答案，不表示数数, , 无大小之分。无大小之分。逻辑常量：逻辑常量：“1” “0” 例：例：在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。 裁判认为合格就按动手中的
12、电钮，当裁判认为合格就按动手中的电钮，当两名以上两名以上裁判（必须包括裁判（必须包括 主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮，主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮， 试设计该信号灯逻辑电路。试设计该信号灯逻辑电路。解解：设：主裁判为变量：设：主裁判为变量 A，副裁判分别为，副裁判分别为 B 和和 C ； 按下电钮为按下电钮为1，不按为，不按为 0； 表示成功的灯为表示成功的灯为 Y，Y=1：灯亮合格，：灯亮合格， Y=0：不亮不合格。：不亮不合格。 则：当则：当 A=1，且，且 B C 中只要有一个为中只要有一个为1，则，则Y=1。2-13与与 （ XY 逻辑乘逻
13、辑乘 ） 当且仅当当且仅当X，Y均为均为 1 时，时，XY才为才为 1，否则为，否则为 0。或或 （ X+Y 逻辑加）逻辑加） 只要只要X, Y任一任一(或者同时或者同时)为为 1 时，时，X+Y 为为 1，否则为，否则为 0。非非 （ X 逻辑反）逻辑反） 当当X为为 1 时，时，X为为 0；当；当X为为 0 时，时，X为为 1 。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路数字逻辑电路数字逻辑电路是实现计算机数字电路的物质基础。是实现计算机数字电路的物质基础。 最基本的逻辑电路：最基本的逻辑电路：与门与门、或门或门、非门非门； 它们可以组合成实现任何复杂逻辑运算功能的电路。它们可以组
14、合成实现任何复杂逻辑运算功能的电路。最基本的逻辑运算：与、或、非最基本的逻辑运算：与、或、非正好可选用正好可选用与门、或门、非门与门、或门、非门来实现。来实现。 这就把逻辑运算与数字逻辑电路对应起来了。这就把逻辑运算与数字逻辑电路对应起来了。可以构造出可以构造出任何逻辑函数任何逻辑函数重点重点2-14与逻辑与逻辑 （ XY 逻辑乘逻辑乘 ）我们用开关我们用开关A A、B B 串联控制灯串联控制灯F F 的亮与灭，说明的亮与灭，说明“与与”逻辑逻辑的功能。的功能。定义：定义：开关合上为开关合上为“1”,“1”,断开为断开为“0”“0” 灯亮为灯亮为“1”“1”，灯灭为，灯灭为“0”“0”。B B
15、A AF FR RE E2、逻辑运算与数字、逻辑运算与数字逻辑逻辑电路电路2-15与逻辑与逻辑 （ XY 逻辑乘逻辑乘 ）开关合上为开关合上为“1”,“1”,断开为断开为“0”“0”灯亮为灯亮为“1”“1”，灯灭为灯灭为“0”“0”。1 1、真值表、真值表 将将 A B A B 开关的所有可能情况开关的所有可能情况 与灯与灯 F F 对应情况的排列组合，对应情况的排列组合， 列表如下图：列表如下图：1 11 11 10 01 01 00 00 10 10 00 00 0F FA BA B真值表真值表真值表真值表2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路描述与逻辑功能有不同的方法描述与逻
16、辑功能有不同的方法B BA AF FR RE E2-162 2、逻辑函数表达式、逻辑函数表达式 F = AB F = AB 将逻辑常量将逻辑常量 0 0，1 1带入公式带入公式 ：00 = 001 = 010 = 011 = 10A = 01A = A开关合上为开关合上为“1”,“1”,断开为断开为“0”“0”灯亮为灯亮为“1”“1”，灯灭为灯灭为“0”“0”。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路描述与逻辑功能有不同的方法描述与逻辑功能有不同的方法与逻辑与逻辑 （ XY 逻辑乘逻辑乘 ）B BA AF FR RE E2-173 3、逻辑符号、逻辑符号 目前存在三种符号表示，目前存
17、在三种符号表示， 逐渐将统一到国际标准。逐渐将统一到国际标准。开关合上为开关合上为“1”,“1”,断开为断开为“0”“0”灯亮为灯亮为“1”“1”，灯灭为灯灭为“0”“0”。国际标准国际标准国外流行国外流行ABFBAFFAB国家标准国家标准2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路描述与逻辑功能有不同的方法描述与逻辑功能有不同的方法与逻辑与逻辑 （ XY 逻辑乘逻辑乘 ）B BA AF FR RE E2-18AFB4、波形关系、波形关系 高电平为高电平为“1”， 低电平为低电平为“0”开关合上为开关合上为“1”,“1”,断开为断开为“0”“0”灯亮为灯亮为“1”“1”，灯灭为灯灭为“0
18、”“0”。与逻辑与逻辑 （ XY 逻辑乘逻辑乘 ）描述与逻辑功能有不同的方法描述与逻辑功能有不同的方法2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路B BA AF FR RE E2-19或逻辑或逻辑 （ X X + + Y Y 逻辑加逻辑加 ）我们用开关我们用开关A A、B B 并联，控制灯并联，控制灯F F 的亮与灭，说明的亮与灭，说明“或或”逻辑的功能。逻辑的功能。定义：定义：开关开关 A A 或或 B B 合上为合上为“1 1”，断开为，断开为“0 0”。 灯亮为灯亮为“1 1”，灯灭为，灯灭为“0 0”。FREAB2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路2-201、真值表
19、、真值表 将将 A B 开关的所有可能情况开关的所有可能情况 与灯与灯 F 对应情况的排列组合，对应情况的排列组合， 列表如下图：列表如下图：11 111 010 100 0FA B真值表真值表真值表真值表FREAB或逻辑或逻辑 （ X + Y 逻辑加逻辑加 ）开关开关 A A 或或 B B 合上为合上为“1”“1”，断，断开为开为“0”“0”。灯亮为灯亮为“1”“1”，灯灭为，灯灭为“0”“0”。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路描述或逻辑功能有不同的方法描述或逻辑功能有不同的方法2-212、逻辑函数表达式、逻辑函数表达式 F= A+B 将逻辑常量将逻辑常量 0，1 代入公式
20、：代入公式：0+0 = 00+1 = 11+0 = 11+1 = 1A+0 = AA+1 = 1FREAB或逻辑或逻辑 （ X + Y 逻辑加逻辑加 ）开关开关 A A 或或 B B 合上为合上为“1”“1”，断，断开为开为“0”“0”。灯亮为灯亮为“1”“1”，灯灭为，灯灭为“0”“0”。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路描述或逻辑功能有不同的方法描述或逻辑功能有不同的方法2-223、逻辑符号、逻辑符号FFFABABAB+1国际标准国际标准国外流行国外流行国家标准国家标准FREAB或逻辑或逻辑 （ X + Y 逻辑加逻辑加 ）开关开关 A A 或或 B B 合上为合上为“1”
21、“1”，断，断开为开为“0”“0”。灯亮为灯亮为“1”“1”，灯灭为，灯灭为“0”“0”。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路描述或逻辑功能有不同的方法描述或逻辑功能有不同的方法2-234、波形关系、波形关系 高电平为高电平为“1”， 低电平为低电平为“0”AFBFREAB或逻辑或逻辑 （ X + Y 逻辑加逻辑加 ）开关开关 A A 或或 B B 合上为合上为“1”“1”，断，断开为开为“0”“0”。灯亮为灯亮为“1”“1”，灯灭为，灯灭为“0”“0”。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路描述或逻辑功能有不同的方法描述或逻辑功能有不同的方法2-24非逻辑非逻辑 （
22、 X 逻辑反逻辑反 ）我们用开关我们用开关A 控制灯控制灯F 的亮与灭，说明的亮与灭，说明“非非”逻辑逻辑的功能。的功能。定义：定义：开关合上为开关合上为“1 1”，断开为，断开为“0 0”。 灯亮为灯亮为“1 1”，灯灭为，灯灭为“0 0”。EARF2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路2-251、真值表、真值表 将将 A B 开关的所有可能情况开关的所有可能情况 与灯与灯 F 对应情况的排列组合，对应情况的排列组合， 列表如下图：列表如下图：0110FA真值表真值表真值表真值表非逻辑非逻辑 （ X 逻辑反逻辑反 ）开关合上为开关合上为“1 1”，断开为，断开为“0 0”。灯亮为
23、灯亮为“1 1”，灯灭为，灯灭为“0 0”。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路描述非逻辑功能有不同的方法描述非逻辑功能有不同的方法EARF2-262、逻辑函数表达式、逻辑函数表达式 F = A 将逻辑常量将逻辑常量0，1代入公式：代入公式： 0 = 1 1 = 0非逻辑非逻辑 （ X 逻辑反逻辑反 ）开关合上为开关合上为“1 1”，断开为，断开为“0 0”。灯亮为灯亮为“1 1”，灯灭为，灯灭为“0 0”。描述非逻辑功能有不同的方法描述非逻辑功能有不同的方法EARF2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路2-273、逻辑符号、逻辑符号FAFA1AF1国际标准国际标准国
24、外流行国外流行国家标准国家标准非逻辑非逻辑 （ X 逻辑反逻辑反 ）开关合上为开关合上为“1 1”，断开为，断开为“0 0”。灯亮为灯亮为“1 1”，灯灭为，灯灭为“0 0”。描述非逻辑功能有不同的方法描述非逻辑功能有不同的方法EARF2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路2-284、波形关系、波形关系 高电平为高电平为“1”， 低电平为低电平为“0”FA非逻辑非逻辑 （ X 逻辑反逻辑反 ）开关合上为开关合上为“1 1”，断开为，断开为“0 0”。灯亮为灯亮为“1 1”，灯灭为，灯灭为“0 0”。描述非逻辑功能有不同的方法描述非逻辑功能有不同的方法EARF2、逻辑运算与数字逻辑电
25、路、逻辑运算与数字逻辑电路2-29复合逻辑运算：复合逻辑运算：将基本逻辑运算进行简单的组合。将基本逻辑运算进行简单的组合。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路BAABFABAF=ABB与非逻辑运算：与非逻辑运算：与与与与逻辑逻辑逻辑逻辑 和和和和 非非非非逻辑逻辑逻辑逻辑 的组合，先的组合，先的组合，先的组合，先 与与与与 再再再再 非非非非 。01 111 010 110 0FA B真值表真值表真值表真值表见见见见 0 0 得得得得 1 1全全全全 1 1 得得得得 0 02-30BAA+BFAF=A+BB01 101 000 110 0FA B真值表真值表真值表真值表全全 0
26、 0 得得 1 1见见 1 1 得得 0 0复合逻辑运算：复合逻辑运算：将基本逻辑运算进行简单的组合。将基本逻辑运算进行简单的组合。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路或非逻辑运算：或非逻辑运算：或或或或逻辑逻辑逻辑逻辑 和和和和 非非非非逻辑逻辑逻辑逻辑 的组合，先的组合，先的组合，先的组合，先 或或或或 再再再再 非非非非。F=A+B2-31复合逻辑运算：复合逻辑运算：将基本逻辑运算进行简单的组合。将基本逻辑运算进行简单的组合。2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路与或非逻辑运算：与或非逻辑运算：与与与与、或或或或、非非非非的组合，先的组合，先的组合，先的组合，先
27、 与与与与 后后后后 或或或或 最后再最后再最后再最后再 非非非非 。BAABDCCD AB+CDF= AB+CDBAABDCCDF= AB+CD2-32异或逻辑、同或逻辑：异或逻辑、同或逻辑：具有特殊功能的逻辑。具有特殊功能的逻辑。真值表：真值表：异或：异或：输入两个变量，输入两个变量，相异为相异为1，相同为相同为0。同或：同或：输入两个变量，输入两个变量，相异为相异为0，相同为相同为1。A B异或异或 F1同或同或 F20 0010 1101 0101 101异或：异或： F1 = A B2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路BFABFA同或：同或： F2 = A B2-33
28、例如例如 F=A B C D由于不存在多变量的由于不存在多变量的“异或异或”电路，电路，故多变量的故多变量的“异或异或”通过二变量通过二变量“异或异或”实现。实现。F = FF = F1 1 F F2 2F F1 1= AB = AB F F2 2= CD= CD代入得：代入得：F = ABCDF = ABCD同理，实现多变量同或电路同理，实现多变量同或电路2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路异或逻辑：异或逻辑：多变量。多变量。BF1ADF2CF2-34异或电路的特殊功能异或电路的特殊功能0 0=0 0 1=1 1 0=1 1 1=00 A=A 1 A=A2、逻辑运算与数字逻辑电
29、路、逻辑运算与数字逻辑电路故可十分方便得故可十分方便得A，A控制电路如下图所示：控制电路如下图所示：控制控制 C输出输出 F输入输入 AC=0C=0 F=A F=A （A=1A=1，F=1F=1；A=0 F=0A=0 F=0）C=1 C=1 F=A F=A （A=1A=1，F=0F=0；A=0 F=1A=0 F=1）2-35奇数个奇数个“1”相异或结果为相异或结果为“1”。偶数个偶数个“1”相异或结果为相异或结果为“0”。1 11 10 01 10 00 01 10 01 11 11 10 01 10 01 11 10 01 10 00 01 11 11 10 01 10 00 01 10 0
30、1 11 11 10 01 10 01 11 10 01 10 00 01 12、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路异或电路的特殊功能：异或电路的特殊功能：奇偶检测电路奇偶检测电路利用此特性可十分方便组成利用此特性可十分方便组成奇奇偶校验位的产生电路偶校验位的产生电路。也可十分方便组成也可十分方便组成奇偶校验码奇偶校验码的检验电路的检验电路。 2-36BADCP=0奇偶检验位产生电路奇偶检验位产生电路奇偶校验码检测电路奇偶校验码检测电路检验检验输出输出 01 102、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路信号发送端：信号发送端： ABCD=0110 则则 P = 0 1 1
31、 0 =0信号接收端：信号接收端： A B C D P = 0 结果正确结果正确 = 1 结果出错结果出错异或电路的特殊功能：异或电路的特殊功能：奇偶检测电路奇偶检测电路BADCPPP=0 P =0信信号号发发送送端端信信号号接接收收端端2-37BADCP=0奇偶检验位产生电路奇偶检验位产生电路奇偶校验码检测电路奇偶校验码检测电路检验检验输出输出 00 012、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路信号发送端：信号发送端： ABCD=1000 则则 P = 1 0 0 0 =1信号接收端：信号接收端： A B C D P = 0 结果正确结果正确 = 1 结果出错结果出错异或电路的特殊
32、功能：异或电路的特殊功能：奇偶检测电路奇偶检测电路BADCPPP=0 P =0信信号号发发送送端端信信号号接接收收端端2-381、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路3、分析逻辑功能设计逻辑电路、分析逻辑功能设计逻辑电路 3.1、实际问题、实际问题 - 真值表真值表 3.2、真值表、真值表 - 逻辑表达式逻辑表达式 3.3、逻辑表达式、逻辑表达式 - 化简得：最简表达式化简得：最简表达式 3.4、最简表达式、最简表达式 - 逻辑电路图逻辑电路图4、三态门电路、三态门电路计算机的逻辑部件预备知识计算机的逻辑部件预备知识2-39逻辑电路设计步
33、骤：逻辑电路设计步骤： 逻辑逻辑电路电路 逻辑表达式逻辑表达式 最简表达式最简表达式 真值表真值表 逻辑功能逻辑功能 公式公式 化简化简3、通过逻辑问题设计逻辑电路、通过逻辑问题设计逻辑电路反之：通过逻反之：通过逻辑电路分析其辑电路分析其逻辑功能。逻辑功能。看电路图，用看电路图，用手盖住图，只手盖住图，只看输入信号与看输入信号与输出信号。输出信号。简单吧！简单吧！重点重点给出逻辑电路给出逻辑电路中输入信号与中输入信号与输出信号之间输出信号之间的关系。的关系。2-401、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路3、通过逻辑功能设计逻辑电路、通过
34、逻辑功能设计逻辑电路 3.1、实际问题、实际问题 - 真值表真值表 3.2、真值表、真值表 - 逻辑表达式逻辑表达式 3.3、逻辑表达式、逻辑表达式 - 化简得：最简表达式化简得：最简表达式 3.4、最简表达式、最简表达式 - 逻辑电路图逻辑电路图4、三态门电路、三态门电路计算机的逻辑部件预备知识计算机的逻辑部件预备知识 逻辑逻辑电路电路 逻辑表达式逻辑表达式 最简表达式最简表达式 真值表真值表 逻辑功能逻辑功能 公式公式 化简化简输入信号与输出信号之间的关系。输入信号与输出信号之间的关系。2-41 3.1、实际问题、实际问题-真值表真值表1) 根据逻辑要求列出真值表根据逻辑要求列出真值表例：
35、例：在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。 裁判认为合格的按动手中的电钮，当裁判认为合格的按动手中的电钮，当两名以上两名以上裁判（必须包括裁判（必须包括 主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮，主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮， 试设计该信号灯逻辑电路。试设计该信号灯逻辑电路。解解：设主裁判为变量：设主裁判为变量 A，副裁判分别为，副裁判分别为 B 和和 C ； 按下电钮为按下电钮为1，不按为，不按为 0。 表示成功与否的灯为表示成功与否的灯为 Y，Y=1：灯亮合格，：灯亮合格， Y=0：不亮不合格。：不亮不合格。 所
36、以当所以当 A=1，且，且 B C 中只要有一个为中只要有一个为1，则，则Y=1。2-421、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路3、通过逻辑功能设计逻辑电路、通过逻辑功能设计逻辑电路 3.1、实际问题、实际问题 - 真值表真值表 3.2、真值表、真值表 - 逻辑表达式逻辑表达式 3.3、逻辑表达式、逻辑表达式 - 化简得：最简表达式化简得：最简表达式 3.4、最简表达式、最简表达式 - 逻辑电路图逻辑电路图4、三态门电路、三态门电路计算机的逻辑部件预备知识计算机的逻辑部件预备知识 逻辑逻辑电路电路 逻辑表达式逻辑表达式 最简表达式最简表
37、达式 真值表真值表 逻辑功能逻辑功能 公式公式 化简化简输入信号与输出信号之间的关系。输入信号与输出信号之间的关系。2-433.2、真值表、真值表- 逻辑表达式逻辑表达式由真值表写出逻辑表达式的过程由真值表写出逻辑表达式的过程：1、用、用“与与” 逻辑逻辑写出真值表中每写出真值表中每 一行中输出为一行中输出为1的逻辑表达式；的逻辑表达式；2、用、用“或或” 逻辑逻辑汇总出真值表中汇总出真值表中 全部输出为全部输出为1的逻辑表达式；的逻辑表达式；与门：与门： X = A*B与非门：与非门：X = A*B + A*B + A*B与门真值表与门真值表A B X0 0 00 1 01 0 01 1 1
38、与非门与非门真值表真值表A B X0 0 10 1 11 0 11 1 0简单的逻辑关系，不写真值表，就可以直接给出逻辑表达式；简单的逻辑关系，不写真值表，就可以直接给出逻辑表达式；但是更复杂的逻辑电路，需求通过真值表写出逻辑表达式。但是更复杂的逻辑电路，需求通过真值表写出逻辑表达式。2-44例：例：在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。 裁判认为合格的按动手中的电钮，当裁判认为合格的按动手中的电钮，当两名以上两名以上裁判（必须包括裁判（必须包括 主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮，主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮
39、， 试设计该信号灯逻辑电路。试设计该信号灯逻辑电路。2）由真值表写出表达式）由真值表写出表达式: Y = A*B*C + A*B*C + A*B*C3.2、真值表、真值表- 逻辑表达式逻辑表达式只关心输出只关心输出结果为结果为1的行。的行。2-451、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路3、通过逻辑功能设计逻辑电路、通过逻辑功能设计逻辑电路 3.1、实际问题、实际问题 - 真值表真值表 3.2、真值表、真值表 - 逻辑表达式逻辑表达式 3.3、逻辑表达式、逻辑表达式 - 化简得：最简表达式化简得：最简表达式 3.4、最简表达式、最简表达式
40、 - 逻辑电路图逻辑电路图4、三态门电路、三态门电路计算机的逻辑部件预备知识计算机的逻辑部件预备知识 逻辑逻辑电路电路 逻辑表达式逻辑表达式 最简表达式最简表达式 真值表真值表 逻辑功能逻辑功能 公式公式 化简化简输入信号与输出信号之间的关系。输入信号与输出信号之间的关系。2-46同样的逻辑功能同样的逻辑功能可以写出可以写出不同的逻辑表达式，不同的逻辑表达式，有的表达式对应实现的有的表达式对应实现的逻辑电路逻辑电路复杂（很多门电路），有的简单（很少门电路）。复杂（很多门电路），有的简单（很少门电路）。逻辑化减：逻辑化减：是逻辑电路设计的重要内容。（是逻辑电路设计的重要内容。（数字逻辑电路的基础
41、内容数字逻辑电路的基础内容）由真值表写出逻辑表达式后，并不是马上用对应的门电路去实现，而由真值表写出逻辑表达式后，并不是马上用对应的门电路去实现，而是先看看是否可以化简。是先看看是否可以化简。化简有不同的标准，化简有不同的标准，什么是最简呢？什么是最简呢？一般认为使用的门电路越少越好，这样信号传送的速度也比较快。一般认为使用的门电路越少越好，这样信号传送的速度也比较快。所以所以电路设计能简单就不求复杂电路设计能简单就不求复杂。3.3、逻辑表达式化简得：最简表达式、逻辑表达式化简得：最简表达式2-47一个逻辑关系一个逻辑关系可以采用数学公式来表示，并可以对公式进行推导运算，可以采用数学公式来表示
42、，并可以对公式进行推导运算，支持逻辑关系运算的数学工具就是支持逻辑关系运算的数学工具就是布尔代数布尔代数，又称，又称逻辑代数逻辑代数。例如例如 逻辑表达式：逻辑表达式：A=B*C+E*FA为输出（运算结果），为输出（运算结果），B、C、E、F为输入，为输入，*、+、- 分别代表与、或、非运算符；分别代表与、或、非运算符；运算符的优先级：运算符的优先级：非非运算最高，运算最高，与与运算次之，运算次之，或或运算最低。运算最低。这一逻辑运算功能，显然可以用这一逻辑运算功能，显然可以用 与门、或门、非门电路与门、或门、非门电路来实现。来实现。3.3、逻辑表达式化简得：最简表达式、逻辑表达式化简得：最简
43、表达式2-48布尔代数运算布尔代数运算的基本依据是以下的基本公式和规则：的基本依据是以下的基本公式和规则：变换律变换律A+B=B+A AB=BA结合律结合律A+(B+C)=(A+B)+C A(BC)=(AB)C 分配律分配律A+BC=(A+B)(A+C) A(B+C)=AB+AC吸收律吸收律A+AB=A A(A+B)=A 第二吸收律第二吸收律A+AB=A+B A(A+B)=AB 反演律反演律A+B=AB AB=A+B包含律包含律AB+AC+BC=AB+AC(A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+C) 重叠律重叠律A+A=A AA=A 互补律互补律A+A=1 AA=0 0-1律律0+A=
44、A1A=A0A=01+A=1 A=A3.3、逻辑表达式化简得：最简表达式、逻辑表达式化简得：最简表达式2-491）代数化简法）代数化简法 直接利用布尔代数的基本公式和规则进行化简的一种方法。直接利用布尔代数的基本公式和规则进行化简的一种方法。 例：例： 化简逻辑函数化简逻辑函数F=AB+AC+BCDF=AB+C+BCD = (AB+C+BC)+BCD AB+AC+BC=AB+AC = (AB+ C)+(BC+BCD) A+AB=A = AB+C+BC AB+AC+BC=AB+AC = AB+C3.3、逻辑表达式化简得：最简表达式、逻辑表达式化简得：最简表达式同样的逻辑功能对应不同逻辑表达式，设
45、计出的逻辑电路不同！同样的逻辑功能对应不同逻辑表达式，设计出的逻辑电路不同！2-502）卡诺图化简法：）卡诺图化简法： 借助于卡诺图的一种几何化简法。借助于卡诺图的一种几何化简法。 代数化简法代数化简法技巧性强，化简的结果是否最简不易判断；技巧性强，化简的结果是否最简不易判断； 卡诺图化简法肯定能得到最简结果卡诺图化简法肯定能得到最简结果，但适用于变量较少的情况。，但适用于变量较少的情况。 最小项：最小项：由全部变量或其反变量形成的逻辑乘积项；由全部变量或其反变量形成的逻辑乘积项； 对对n个变量，共有个变量，共有2n个最小项。个最小项。 例如：例如：有有A，B两个变量，它有两个变量，它有4个最
46、小项：个最小项： AB，AB，AB，AB。 卡诺图卡诺图是一种直观的平面方块图。是一种直观的平面方块图。 它将平面划分为它将平面划分为2n个小格，用来表示全部个小格，用来表示全部2n个最小项。个最小项。3.3、逻辑表达式化简得：最简表达式、逻辑表达式化简得：最简表达式2-51三变量卡诺图三变量卡诺图四变量卡诺图四变量卡诺图 两相邻小格之间只能有一个变量相反，两相邻小格之间只能有一个变量相反，其余的变量都相同。其余的变量都相同。变量表示：原码为变量表示：原码为“1”、反码为、反码为“0”。小格中的数字对应的是最小项的取值。小格中的数字对应的是最小项的取值。CBA 000 001 011 0100
47、1322-52任何一个函数都可展开为若干个最小项之和任何一个函数都可展开为若干个最小项之和;卡诺图卡诺图可以表示任意一个逻辑函数。可以表示任意一个逻辑函数。例如例如:函数函数 F = ABC + BCD，可以转换成四个最小项可以转换成四个最小项ABCD + ABCD、ABCD + ABCD相或，相或，在四变量卡诺图相应的四个在四变量卡诺图相应的四个小格上填小格上填“1”来表示该函数。来表示该函数。1111逻辑变量的卡诺图表示逻辑变量的卡诺图表示3.3、逻辑表达式化简得：最简表达式、逻辑表达式化简得：最简表达式ABCD+ABCD=ABC*（D+D）=ABC*1=ABC2-53例如：例如： 用卡诺
48、图法化简函数用卡诺图法化简函数 F=ACD+ABC+ABD+BCD+AC+BCD+ABD1）根据函数）根据函数F填写卡诺图。填写卡诺图。2）合并最小项。）合并最小项。任意两个相邻小块构成任意两个相邻小块构成1维块维块可减少一个变量，可减少一个变量，两相邻的两相邻的1维块构成维块构成2维块维块又可减少一个变量。又可减少一个变量。逻辑化简：逻辑化简：将卡诺图中填将卡诺图中填“1”的小块的小块尽量合并尽量合并，用最少变量写出该布尔式。用最少变量写出该布尔式。注意：注意：同一小块可重复使用多次。同一小块可重复使用多次。1111111113.3、逻辑表达式化简得：最简表达式、逻辑表达式化简得：最简表达式
49、2-54例如：例如：化简函数化简函数F=ACD+ABC+ABD+BCD+AC+BCD+ABD1）方案一）方案一、合并、合并 (0，2)、(1，5)、(14，10)、(5，7，13，15) F = ACD + ABD + ABD + AC2）方案二）方案二、合并、合并 (0，1)、(2，10)、(5，7，13，15)、(14，10) F = BCD + ABC + AC + ABD3.3、逻辑表达式化简得：最简表达式、逻辑表达式化简得：最简表达式2-55例：例：在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。 裁判认为合格的按动手中的电钮，当裁判认为合格的按动手中
50、的电钮，当两名以上两名以上裁判（必须包括裁判（必须包括 主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮，主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮， 试设计该信号灯逻辑电路。试设计该信号灯逻辑电路。3）化简逻辑表达式）化简逻辑表达式: Y = A*B*C + A*B*C + A*B*C11Y = A*B*C + A*B*C + A*B*C = A*B+A*C3.3、逻辑表达式化简得：最简表达式、逻辑表达式化简得：最简表达式12-561、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路2、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路3、通过逻辑功能设计逻辑电路、通过逻辑功能设计逻辑电
51、路 3.1、实际问题、实际问题 - 真值表真值表 3.2、真值表、真值表 - 逻辑表达式逻辑表达式 3.3、逻辑表达式、逻辑表达式 - 化简得：最简表达式化简得：最简表达式 3.4、最简表达式、最简表达式 - 逻辑电路图逻辑电路图4、三态门电路、三态门电路计算机的逻辑部件预备知识计算机的逻辑部件预备知识 逻辑逻辑电路电路 逻辑表达式逻辑表达式 最简表达式最简表达式 真值表真值表 逻辑功能逻辑功能 公式公式 化简化简输入信号与输出信号之间的关系。输入信号与输出信号之间的关系。2-57例：例：在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。在举重比赛中，有两名副裁判，一名主裁判。 裁判认为合格的按动手中的
52、电钮，当裁判认为合格的按动手中的电钮，当两名以上两名以上裁判（必须包括裁判（必须包括 主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮，主裁判在内）认为运动员上举杠铃合格，裁决合格信号灯亮， 试设计该信号灯逻辑电路。试设计该信号灯逻辑电路。4）由最简逻辑表达式画出逻辑电路图）由最简逻辑表达式画出逻辑电路图Y = A*B+A*C3.4、最简表达式、最简表达式 - 逻辑电路图逻辑电路图BAABCAACAB+AC2-581、晶体三极管与反相电路、晶体三极管与反相电路2、逻辑运算与数字电路、逻辑运算与数字电路3、分析逻辑功能设计逻辑电路、分析逻辑功能设计逻辑电路 3.1、实际问题、实际问题 - 真
53、值表真值表 3.2、真值表、真值表 - 逻辑表达式逻辑表达式 3.3、逻辑表达式、逻辑表达式 - 化简得：最简表达式化简得：最简表达式 3.4、最简表达式、最简表达式 - 逻辑电路图逻辑电路图4、三态门电路、三态门电路计算机的逻辑部件预备知识计算机的逻辑部件预备知识2-59由于计算机由于计算机CPU采用总线结构，外设均挂在总线上，采用总线结构，外设均挂在总线上，CPU每一时刻仅能与一每一时刻仅能与一个外设交换数据，此时其它外设必须与总线脱钩，使之不影响总线的状态，个外设交换数据，此时其它外设必须与总线脱钩，使之不影响总线的状态，否则将破坏系统的正常工作，这就要求连接到总线的接口电路必须具有三态
54、否则将破坏系统的正常工作，这就要求连接到总线的接口电路必须具有三态结构，除了结构，除了0 态态和和1态态外，还增加一个外，还增加一个高阻态高阻态。4、三态门电路、三态门电路三态门电路三态门电路: 是具有三种逻辑状态的门电路，是是具有三种逻辑状态的门电路，是构成构成计算机总线计算机总线的理想电路。的理想电路。 即电路输出为即电路输出为低电平低电平（0）、）、高电平高电平（1）、）、高阻态高阻态（截止）（截止） 输出的状态取决于输入信号与控制信号。输出的状态取决于输入信号与控制信号。输出输出为为高阻态高阻态时，输入信号与输出信号之间处于截止状态，时，输入信号与输出信号之间处于截止状态，相当于这个电
55、路与所连接的线路断开。相当于这个电路与所连接的线路断开。便于实现从多个输入信号中选择其一路输出信号。便于实现从多个输入信号中选择其一路输出信号。2-60三态门电路三态门电路: 0 状态状态, 1 状态状态, 高阻态高阻态DQG4、三态门电路、三态门电路当控制信号当控制信号G为为低电平（低电平（0）三态门三态门输入输入 D 被送到总线上，输出被送到总线上，输出Q。输入输入输出输出控制信号控制信号输入输入 输出输出 G G D D Q Q 0 0 10 1 0 1 高阻高阻 任意任意重点重点2-611）、单向总线电路）、单向总线电路 总线上的信号只能向一个方向传送，例如：总线上的信号只能向一个方向
56、传送，例如：地址总线地址总线。4、三态门电路、三态门电路输入输入 输出输出 G G A A Y Y 0 0 10 1 0 1 高阻态高阻态 任意任意2-622）、双向总线电路）、双向总线电路 总线上的信号可以向两个方向传送，例如：总线上的信号可以向两个方向传送，例如：数据总线数据总线。控制输入控制输入操作操作00101输入信号从输入信号从B 到到 A 输入信号从输入信号从A 到到 B 输入、输出相隔离输入、输出相隔离4、三态门电路、三态门电路GDIR任意任意与与与与2-63复习与作业复习与作业复习：复习：课件内容课件内容 作业：作业：设计一个三人表决电路，结果按设计一个三人表决电路，结果按“少数服从多数少数服从多数”的原则决定。的原则决定。 提示：提示：A B C 三人三人 与表决结果与表决结果 L。 当当 A B C 中任意两个为中任意两个为 1 （同意）时（同意）时 L 为为 1 （1 为通过）。为通过）。 要求：要求：必须按照以下过程写：必须按照以下过程写： 实际逻辑问题、真值表、逻辑表达式、最简表达式、逻辑电路实际逻辑问题、真值表、逻辑表达式、最简表达式、逻辑电路
