计算机组成原理第二章补充课件(白中英编-科学出版社)

“数字逻辑”是计算机硬件技术系列的基 础
计算机系统结构
计算机系统的 软硬件功能分配
计算机组成原理 数字逻辑
计算机系统的 逻辑实现 计算机组成的 物理实现
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数字与逻辑 (Digital & Logic)
逻辑：研究思维的规律性；关于思维形式及其规律的科学； 研究概念、判断和推理以及相互联系的规律、规则，以帮 助人们正确地思维和认识客观真理。 学习工作时时处处离不开“逻辑”：讲话要有逻辑性、写 论文逻辑层次要清晰；逻辑推理能力、逻辑判断能力……
数字逻辑电路的设计、分析，要借助于逻辑 代数这一数学工具。逻辑代数中二值运算的 公式、运算及定律要应用到数字逻辑电路。
实现逻辑功能可用的数字电路： 1、数字集成电路 2、可编程逻辑器件(PLD)
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数字与模拟 (Digital & Analog) （离散与连续）
digit原意泛指“数目的文字”。在计算机领域， digital与其它词一起使用，主要用于区别“模拟”， 指将连续变化的模拟量用二进制数表达和处理。
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郑州大学 · 计算机组成原理 · 补充内容
§1.1 数字电路的基础知识
数字信号和模拟信号
电
模拟信号 时间连续的信号
子
电
例：正弦波信号、锯齿波信号等。
路
中
数字信号 时间和幅度都是离散的
的
信
例：产品数量的统计、数字表盘
号
的读数、数字电路信号等。
（12）
模拟信号 数字信号
V(t)
t
高电平
低电平 上跳沿
V(t)
下跳沿
t
（13）
模拟电路与数字电路比较
1.电路的特点பைடு நூலகம்
在模拟电路中，晶体管一般工作在线性放大区； 在数字电路中，三极管工作在开关状态，即工 作在饱和区和截止区。
2.研究的内容
模拟电路主要研究：输入、输出信号间的大小、 相位、失真等方面的关系。主要采用电路分 析方法，动态性能用微变等效电路分析。
（15）
数字电路研究的问题
基本电路元件 基本数字电路
• 逻辑门电路 • 触发器
• 组合逻辑电路 • 时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、
脉冲整形电路） • A/D转换器、D/A转换器
（16）
§1.2 基本逻辑关系
逻辑：指事物的前因和后果所遵循的规律
逻辑状态：逻辑“真”为“１”，逻辑“假”为 “０”
计算机组成原理
任课教师：陈宇斌 南昌航空大学计算机学院软件工程系
Email: cyb2002@163.com Tel: 13970933876
目录
☼ 第一章 计算机系统概论 ☼ 第二章 运算方法和运算器（补：数字逻辑） ☼ 第三章 存储系统 ☼ 第四章 指令系统 ☼ 第五章 中央处理器 ☼ 第六章 总线系统 ☼ 第七章 外围设备 ☼ 第八章 输入输出系统 ☼ 第九章 并行组织
现实世界中存在模拟与数字两大系统，电子数字计算 机是最典型的数字系统。
模拟量经采样、量化可转换为数字量。数字量更便于 加工、处理、传输、存储等，可靠，抗干扰能力强。
数字集成电路是实现数字量处理和运算的功能单元。
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+V
电压
p
2p 时间
-V
(a)模拟表示
+V
电压
时间
p
2p
-V (b)离散表示
+V
数理逻辑：研究推理、计算等逻辑问题，又称符号逻辑， 是离散数学的重要内容，是计算机科学的基础。
数字逻辑：用二进制为基础的数字化技术解决逻辑问题。
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数字与逻辑 (Digital & Logic)
逻辑代数：应用代数方法研究逻辑问题，又 称布尔代数，开关代数（还有开关理论，开 关电路等），是逻辑化简的主要工具。
一基、本“逻与辑”关系逻：辑与 ( and ) 或 (or ) 非 ( not )
与逻辑：决定事件发生的各条件中，所有条件都 具备，事件才会发生（成立）
AB
E
F
规定: 开关合为逻辑“1” 开关断为逻辑“0” 灯亮为逻辑“1” 灯灭为逻辑“0”
（17）
AB
E
F
真值表
AB F
00 0 01 0 10 0 11 1
电压
时间
p
2p
-V
(c)脉冲表示
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数字逻辑领域的前沿技术
多值逻辑 模糊逻辑 计算机辅助逻辑设计 集成电路设计自动化 可编程逻辑设计 数字系统与模拟系统的混合设计 数字电路的故障诊断与可靠性，等等
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1.逻辑代数
§1.1 数字电路的基础知识 §1.2 基本逻辑关系 §1.3 逻辑代数及运算规则 §1.4 逻辑函数的表示法 §1.5 逻辑函数的化简
不具备时事件发生（成立），条件具备 时事件不发生。
R EA
规定: 开关合为逻辑“1”
F 开关断为逻辑“0”
灯亮为逻辑“1” 灯灭为逻辑“0”
（21）
R EA
逻辑式： F A
F
逻辑非
逻辑反
真值表
A
F
0
1
1
0
真值表特点: 1则0，0则1。
数字电路主要研究：电路输出、输入间的逻辑关系。 主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、 逻辑表达式及波形图表示。
（14）
模拟电路研究的问题
基本电路元件: 基本模拟电路:
•晶体三极管 •场效应管 •集成电路运算放大器
• 信号放大及运算 (信号放大、功率放大） • 信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波） • 信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、…）
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郑州大学 · 计算机组成原理 · 补充内容
参考书
• 王尔乾，数字逻辑与数字集成电路·第2版, 清
华大学出版社，2002
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郑州大学 · 计算机组成原理 · 补充内容
第一部分 逻辑代数 第二部分 逻辑门电路 第三部分 组合逻辑电路 第四部分 时序逻辑电路
数字逻辑目录
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郑州大学 · 计算机组成原理 · 补充内容
开关断为逻辑“0”
F
灯亮为逻辑“1”
灯灭为逻辑“0”
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A
真值表特点：
任1 则1, 全0则0。
EB
F 逻辑式：F＝A＋B
逻辑加法 逻辑或
真值表 AB F
逻辑符号： A
1 F
00 0 01 1 10 1 11 1
B 或逻辑运算规则:
0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1
（20）
三、 “非”逻 辑“非”逻辑：决定事件发生的条件只有一个，条件
真值表特点: 任0 则0, 全1则1
逻辑式：F＝A • B
逻辑符号：
逻辑乘法 逻辑与
A &F
B
与逻辑运算规则： 0 · 0=0 0 · 1=0 1 · 0=0 1 · 1=1
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二、 “或”逻辑
或逻辑：决定事件发生的各条件中，有一个或一个 以上的条件具备，事件就会发生（成立）
A EB
规定:
开关合为逻辑“1”