第 2 章 数字逻辑电路基础和计算机中的逻辑部件
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例如， 例如，A = B C + E * /F； ；
A为输出（运算结果）， 为输出（运算结果）， 为输出 B、C、E、F为输入， 、+、 / 分别代表与、或、非运算符； 、 、 、 为输入 为输入， 非运算符； 、 分别代表与、
运算符的优先级：非运算最高，与运算次之，或运算最低。 运算符的优先级：非运算最高，与运算次之，或运算最低。 这一逻辑运算功能， 与门、或门、非门来实现 来实现。 这一逻辑运算功能，显然可以用 与门、或门、非门来实现。
第 2 章 数字逻辑电路基础 和计算机中的逻辑部件
（计算机组成原理课程的预备性知识）
2.1 数字电路基础 2.2 基本逻辑门和布尔代数知识基础 2.3 组合逻辑电路及其应用 2.4 时序逻辑电路及其应用 2.5 现场可编程器件的内部结构和编程
一. 本章的预备性知识
1. 晶体二极管和它的单方向导电特性 2. 晶体三极管与反相器电路 3. 两种最基本的门电路：与非门，或非门 两种最基本的门电路：与非门， 4. 逻辑运算与数字逻辑电路 5. 逻辑功能的表示和等效电路 6. 真值表和逻辑表达式的对应关系 7. 逻辑运算的基本定理、常用公式和逻辑化简 逻辑运算的基本定理、 8. 三态门电路
电源
+Vcc (+5V)
电源
+Vcc (+5V)
输出 输入1
输出
输入2 接地
输入1
输入2
接地
当然， 电路。 当然，也可以制作并使用不带反相功能的 与门 和 或门 电路。
4. 逻辑运算与数字逻辑电路
数字逻辑电路是实现数字计算机的物质基础。 数字逻辑电路是实现数字计算机的物质基础。 最基本的逻辑电路：与门，或门，非门； 最基本的逻辑电路：与门，或门，非门；用它们可 以组合出实现任何复杂的逻辑运算功能的电路。 以组合出实现任何复杂的逻辑运算功能的电路。 最基本的逻辑运算有：与运算，或运算，非运算， 最基本的逻辑运算有：与运算，或运算，非运算， 正好可以选用与门 或门、非门来加以实现 与门、 来加以实现。 正好可以选用与门、或门、非门来加以实现。 逻辑关系是可以采用数学公式来表示和运算的， 逻辑关系是可以采用数学公式来表示和运算的，此 数学工具就是布尔代数，又称逻辑代数。 数学工具就是布尔代数，又称逻辑代数。
A BFra Baidu bibliotek
与非门
X
用于写出功能需求
7. 基本定理和常用公式，逻辑化简 基本定理和常用公式，
A+0=A A+1=1 A+B=B+A (A+B)+C=A+(B+C) A(B+C)=AB+AC A+AB=A A+AB=A+B A B = A+B A0=0 A1=A A+A=1 A+A=A AB=BA AA=0 AA=A A=A
2. 晶体三极管和反相器电路
在半导体的基体上，经过人工加工，可以生产出三极管， 在半导体的基体上，经过人工加工，可以生产出三极管， 个背向相连接的二极管， 个接线端， 它类似于 2 个背向相连接的二极管，有 3 个接线端，分别被称 为集电极、基极和发射极，其特性是： 为集电极、基极和发射极，其特性是：
1.
晶体二极管及其单方向导电特性
通常情况下，可把一些物体划分成导体（双向导电） 通常情况下，可把一些物体划分成导体（双向导电）和 绝 导体 缘体（不导电）两大类。在这两类物体的两端有电压存在时， 缘体（不导电）两大类。在这两类物体的两端有电压存在时， 会出现有电流流过或无电流流过物体的两种不同情形。 会出现有电流流过或无电流流过物体的两种不同情形。 人们也可以制作出另外一类物体， 人们也可以制作出另外一类物体，使其同时具备导体和绝 缘体两种特性，其特性取决于在物体两端所施加电压的方向， 缘体两种特性，其特性取决于在物体两端所施加电压的方向， 当在一个方向上有正的电压（ 当在一个方向上有正的电压（例如 0.7V）存在时，可以允许电 ）存在时， 流流过（如图所示），此时该物体表现出导体的特性； ），此时该物体表现出导体的特性 流流过（如图所示），此时该物体表现出导体的特性； 而在相反的方向上施加一定大小的电压时， 而在相反的方向上施加一定大小的电压时， + 该物体中不会产生电流， 该物体中不会产生电流，表现出绝缘体的 的特性，即该物体只能在单个方向上导电 只能在单个方向上导电， 的特性，即该物体只能在单个方向上导电， 电流 i 这样的物体被称为半导体 半导体。 这样的物体被称为半导体。制作出的器件 二极管。 被称为二极管 被称为二极管。
1. 加法器和算术逻辑单元
加法器是计算机中最常用的组合逻辑器件， 加法器是计算机中最常用的组合逻辑器件，主要完成两个 补码数据的相加运算，减法运算也是使用加法器电路完成的。 补码数据的相加运算，减法运算也是使用加法器电路完成的。 一位的加法器可以对本位两个二进制数据和低一位送上来 的一个进位信号的完成相加运算， 的一个进位信号的完成相加运算，产生本位的和以及送往高一位 的进位输出信号。 的进位输出信号。 由多个一位的加法器，可以构成同时完成对多位数据相加 由多个一位的加法器， 运算的并行加法器， 运算的并行加法器，此时需要正确连接高低位数据之间的进位输 入与输出信号。 入与输出信号。 若各数据位之间的进位信号是逐位传送，被称为串行进位， 若各数据位之间的进位信号是逐位传送，被称为串行进位， 当加法器的位数较多时，会使加法运算的速度大大降低； 当加法器的位数较多时，会使加法运算的速度大大降低；从加速 加法进位信号的传送速度考虑，也可以实现多位的并行进位， 加法进位信号的传送速度考虑，也可以实现多位的并行进位，各 位之间几乎同时产生送到高位的进位输出信号。 位之间几乎同时产生送到高位的进位输出信号。 乘除法运算，也可以通过多次的循环迭代利用加法器完成。 乘除法运算，也可以通过多次的循环迭代利用加法器完成。
电源
三级管导通， 输入电平 = 0.7 V, 三级管导通， 使输出电平为 0 V ； 输入电平 = 0 V , 三级管截止 ， 使输出电平 > 4 V ； 这已经构成了反相器线路, 这已经构成了反相器线路 完成逻辑取反功能。 完成逻辑取反功能。
+Vcc (+5V)
+Vcc
电阻 集电极
输出
发射极 接地
X=A+B
A X B A B
X=A+B
X
或门
或非门
6. 真值表和逻辑表达式的对应关系
真值表、逻辑表达式、线路图是有对应对应关系的, 真值表、逻辑表达式、线路图是有对应对应关系的 真值表 用于做出产品) 真值表→表达式→电路图 (用于做出产品 用于做出产品
A B 0 0 0 1 1 0 1 1 A B 0 0 0 1 1 0 1 1 X 0 0 0 1 X 1 1 1 0
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
计算机中常用的逻辑器件
计算机中常用的逻辑器件，包括组合逻辑和 计算机中常用的逻辑器件，包括组合逻辑和时序逻辑电路 组合逻辑 两大类别；也可以划分为专用功能 通用功能电路两大类别 专用功能和 两大类别。 两大类别；也可以划分为专用功能和通用功能电路两大类别。 组合逻辑电路的输出状态只取决于当前输入信号的状态， 组合逻辑电路的输出状态只取决于当前输入信号的状态， 的输出状态只取决于当前输入信号的状态 与过去的输入信号的状态无关，例如加法器，译码器，编码器， 与过去的输入信号的状态无关，例如加法器，译码器，编码器， 数据选择器等电路； 数据选择器等电路； 时序逻辑电路的输出状态不仅和当前的输入信号的状态有 时序逻辑电路的输出状态不仅和当前的输入信号的状态有 还与以前的输入信号的状态有关， 关，还与以前的输入信号的状态有关，即时序逻辑电路有记忆 功能，最基本的记忆电路是触发器， 功能，最基本的记忆电路是触发器，包括电平触发器和边沿触 发器，由基本触发器可以构成寄存器，计数器等部件； 发器，由基本触发器可以构成寄存器，计数器等部件； 从器件的集成度和功能区分， 从器件的集成度和功能区分，可把组合逻辑电路和时序逻 辑电路划分成低集成度的、只提供专用功能的器件， 专用功能的器件 辑电路划分成低集成度的、只提供专用功能的器件，和高集成 度的、现场可编程的通用功能电路，例如通用阵列逻辑GAL， 通用功能电路 度的、现场可编程的通用功能电路，例如通用阵列逻辑 ， 复杂的可编程逻辑器件 CPLD，包括门阵列器件 ，包括门阵列器件FPGA，都能 ， 实现各种组合逻辑或时序逻辑电路功能，使用更方便和灵活。 实现各种组合逻辑或时序逻辑电路功能，使用更方便和灵活。
输入
基极
3. 与非门 和 或非门
与非门： 路输入都高，输出才为低； 与非门： 2 路输入都高，输出才为低； 低 个三极管变成串接的2个三极管 （原1个三极管变成串接的 个三极管） 个三极管变成串接的 个三极管） 或非门：任何一路输入为高， 或非门：任何一路输入为高，输出都为 个三极管变成并行的2个三极管 （原1个三极管变成并行的 个三极管） 个三极管变成并行的 个三极管）
(AB) C=A(BC) A+ BC=(A+B) (A+C) A(A+B)= A A(A+B)=AB A+B=A B =A+B = AB
例如： 例如：AB+AB+AB = A(B+B) +AB=A+AB
8. 三态门电路
三态门电路是一种最重要的总线接口电路， 三态门电路是一种最重要的总线接口电路，它保留 了图腾输出结构电路信号传输速度快、 了图腾输出结构电路信号传输速度快、驱动能力强的特 又有集电极开路电路的输出可以“线与”的优点， 性，又有集电极开路电路的输出可以“线与”的优点， 是构建计算机总线的理想电路。 是构建计算机总线的理想电路。 三态” “三态”是指电路可以输出正常的 “0” 或 “1”逻 逻 辑电平，也可以处于高阻态，取决于输入和控制信号。 辑电平，也可以处于高阻态，取决于输入和控制信号。 为高阻态时， 的输出极都截止， 为高阻态时， “0” 和 “1”的输出极都截止，相当于与 的输出极都截止 所连接的线路断开， 所连接的线路断开，便于实现从多个数据输入中选择其 一。
5. 逻辑功能的表示和等效电路
逻辑功能可以选用布尔代数式表示， 卡诺图表示， 逻辑功能可以选用布尔代数式表示， 卡诺图表示， 真值表 布尔代数式表示 表示，或者用线路逻辑图表示。 表示，或者用线路逻辑图表示。 真值表 与门、 或门、 的图形符号： 与门、 或门、 非门 的图形符号： A B X X=AB X= AB 0 0 0 A A A X X X 0 1 0 B B 1 0 0 非门 与门 与非门 1 1 1 A B 0 0 0 1 1 0 1 1 X 1 1 1 0
二极管的内部结构及其开关特性
绝缘体和导体不同的导电特性是由于它们不同的原子结构 特性造成的。 特性造成的。 通过在绝缘材料中有控制地掺加进少量的导电物质， 通过在绝缘材料中有控制地掺加进少量的导电物质，可以 使得到的材料有一定的导电特性。例如在 4价的硅材料（每个原 使得到的材料有一定的导电特性。 价的硅材料（ 价的硅材料 个电子） 子核周围有 4个电子）中掺杂进少量 5价的金属材料形成 N型材 个电子 价的金属材料形成 型材 型材料， 料，或者掺杂进少量 3价的金属材料形成 P型材料，使新得到的 价的金属材料形成 型材料 的关系， 型 材料中总的原子核数量与电子的数量不满足 1:4 的关系， N型 材料中形成有极少量的带负电荷的多余电子， 型材料中缺少 材料中形成有极少量的带负电荷的多余电子， P型材料中缺少 极少量的电子（反过来称为有极少量的带正电的空穴）， ），这些 极少量的电子（反过来称为有极少量的带正电的空穴），这些 电子和空穴可以成为导电的载流子。 电子和空穴可以成为导电的载流子。当把这样的两种材料结合 在一起时，就表现出在单个方向导电的特性，这就是半导体， 在一起时，就表现出在单个方向导电的特性，这就是半导体， 做成器件就是二极管。 型材料一端（ 做成器件就是二极管。当P型材料一端（称为二极管的正极）有 型材料一端 称为二极管的正极） 型材料一端（ 伏的电压时， 比N型材料一端（称为二极管的负极）高 0.7 伏的电压时，就会 型材料一端 称为二极管的负极） 产生从正极流向负极的电流，小的反向电压则不会产生电流。 产生从正极流向负极的电流，小的反向电压则不会产生电流。
总线 /G1 A B /G2 C /G3
例如， 例如，当控制信号 /G1为低 为低 电平， 电平， /G2 和 /G3为高电 为高电 平时， 平时，三态门的输入 A 被 送到总线上，另外两个三 送到总线上， 态门的输出处于高阻态。 态门的输出处于高阻态。
二. 计算机中常用的逻辑电路
专用功能电路 加法器和算术逻辑单元 译码器和编码器 数据选择器 触发器和寄存器、 触发器和寄存器、计数器 阵列逻辑电路 存储器芯片 RAM 和 ROM 通用阵列逻辑 GAL 复杂的可编程逻辑器件 CPLD: MACH器件 器件 现场可编程门阵列 FPGA 器件
得出用到的基本门 及其连接关系 X = A B
A B
与门 X=AB
X
1. 用与逻辑写出真值表中 与逻辑写出真值表中 每一横行中输出为 1 的 逻辑表达式； 逻辑表达式； 2. 用或逻辑汇总真值表中 或逻辑汇总真值表中 的逻辑。 全部输出为 1 的逻辑。 3. 不必理睬那些输出为 0 的各行的内容， 的各行的内容，它们已 经隐含在通过 1、2 两 、 步写出的表达式中。 步写出的表达式中。 X= A * B + A * B + A * B
A为输出（运算结果）， 为输出（运算结果）， 为输出 B、C、E、F为输入， 、+、 / 分别代表与、或、非运算符； 、 、 、 为输入 为输入， 非运算符； 、 分别代表与、
运算符的优先级：非运算最高，与运算次之，或运算最低。 运算符的优先级：非运算最高，与运算次之，或运算最低。 这一逻辑运算功能， 与门、或门、非门来实现 来实现。 这一逻辑运算功能，显然可以用 与门、或门、非门来实现。
第 2 章 数字逻辑电路基础 和计算机中的逻辑部件
（计算机组成原理课程的预备性知识）
2.1 数字电路基础 2.2 基本逻辑门和布尔代数知识基础 2.3 组合逻辑电路及其应用 2.4 时序逻辑电路及其应用 2.5 现场可编程器件的内部结构和编程
一. 本章的预备性知识
1. 晶体二极管和它的单方向导电特性 2. 晶体三极管与反相器电路 3. 两种最基本的门电路：与非门，或非门 两种最基本的门电路：与非门， 4. 逻辑运算与数字逻辑电路 5. 逻辑功能的表示和等效电路 6. 真值表和逻辑表达式的对应关系 7. 逻辑运算的基本定理、常用公式和逻辑化简 逻辑运算的基本定理、 8. 三态门电路
电源
+Vcc (+5V)
电源
+Vcc (+5V)
输出 输入1
输出
输入2 接地
输入1
输入2
接地
当然， 电路。 当然，也可以制作并使用不带反相功能的 与门 和 或门 电路。
4. 逻辑运算与数字逻辑电路
数字逻辑电路是实现数字计算机的物质基础。 数字逻辑电路是实现数字计算机的物质基础。 最基本的逻辑电路：与门，或门，非门； 最基本的逻辑电路：与门，或门，非门；用它们可 以组合出实现任何复杂的逻辑运算功能的电路。 以组合出实现任何复杂的逻辑运算功能的电路。 最基本的逻辑运算有：与运算，或运算，非运算， 最基本的逻辑运算有：与运算，或运算，非运算， 正好可以选用与门 或门、非门来加以实现 与门、 来加以实现。 正好可以选用与门、或门、非门来加以实现。 逻辑关系是可以采用数学公式来表示和运算的， 逻辑关系是可以采用数学公式来表示和运算的，此 数学工具就是布尔代数，又称逻辑代数。 数学工具就是布尔代数，又称逻辑代数。
A BFra Baidu bibliotek
与非门
X
用于写出功能需求
7. 基本定理和常用公式，逻辑化简 基本定理和常用公式，
A+0=A A+1=1 A+B=B+A (A+B)+C=A+(B+C) A(B+C)=AB+AC A+AB=A A+AB=A+B A B = A+B A0=0 A1=A A+A=1 A+A=A AB=BA AA=0 AA=A A=A
2. 晶体三极管和反相器电路
在半导体的基体上，经过人工加工，可以生产出三极管， 在半导体的基体上，经过人工加工，可以生产出三极管， 个背向相连接的二极管， 个接线端， 它类似于 2 个背向相连接的二极管，有 3 个接线端，分别被称 为集电极、基极和发射极，其特性是： 为集电极、基极和发射极，其特性是：
1.
晶体二极管及其单方向导电特性
通常情况下，可把一些物体划分成导体（双向导电） 通常情况下，可把一些物体划分成导体（双向导电）和 绝 导体 缘体（不导电）两大类。在这两类物体的两端有电压存在时， 缘体（不导电）两大类。在这两类物体的两端有电压存在时， 会出现有电流流过或无电流流过物体的两种不同情形。 会出现有电流流过或无电流流过物体的两种不同情形。 人们也可以制作出另外一类物体， 人们也可以制作出另外一类物体，使其同时具备导体和绝 缘体两种特性，其特性取决于在物体两端所施加电压的方向， 缘体两种特性，其特性取决于在物体两端所施加电压的方向， 当在一个方向上有正的电压（ 当在一个方向上有正的电压（例如 0.7V）存在时，可以允许电 ）存在时， 流流过（如图所示），此时该物体表现出导体的特性； ），此时该物体表现出导体的特性 流流过（如图所示），此时该物体表现出导体的特性； 而在相反的方向上施加一定大小的电压时， 而在相反的方向上施加一定大小的电压时， + 该物体中不会产生电流， 该物体中不会产生电流，表现出绝缘体的 的特性，即该物体只能在单个方向上导电 只能在单个方向上导电， 的特性，即该物体只能在单个方向上导电， 电流 i 这样的物体被称为半导体 半导体。 这样的物体被称为半导体。制作出的器件 二极管。 被称为二极管 被称为二极管。
1. 加法器和算术逻辑单元
加法器是计算机中最常用的组合逻辑器件， 加法器是计算机中最常用的组合逻辑器件，主要完成两个 补码数据的相加运算，减法运算也是使用加法器电路完成的。 补码数据的相加运算，减法运算也是使用加法器电路完成的。 一位的加法器可以对本位两个二进制数据和低一位送上来 的一个进位信号的完成相加运算， 的一个进位信号的完成相加运算，产生本位的和以及送往高一位 的进位输出信号。 的进位输出信号。 由多个一位的加法器，可以构成同时完成对多位数据相加 由多个一位的加法器， 运算的并行加法器， 运算的并行加法器，此时需要正确连接高低位数据之间的进位输 入与输出信号。 入与输出信号。 若各数据位之间的进位信号是逐位传送，被称为串行进位， 若各数据位之间的进位信号是逐位传送，被称为串行进位， 当加法器的位数较多时，会使加法运算的速度大大降低； 当加法器的位数较多时，会使加法运算的速度大大降低；从加速 加法进位信号的传送速度考虑，也可以实现多位的并行进位， 加法进位信号的传送速度考虑，也可以实现多位的并行进位，各 位之间几乎同时产生送到高位的进位输出信号。 位之间几乎同时产生送到高位的进位输出信号。 乘除法运算，也可以通过多次的循环迭代利用加法器完成。 乘除法运算，也可以通过多次的循环迭代利用加法器完成。
电源
三级管导通， 输入电平 = 0.7 V, 三级管导通， 使输出电平为 0 V ； 输入电平 = 0 V , 三级管截止 ， 使输出电平 > 4 V ； 这已经构成了反相器线路, 这已经构成了反相器线路 完成逻辑取反功能。 完成逻辑取反功能。
+Vcc (+5V)
+Vcc
电阻 集电极
输出
发射极 接地
X=A+B
A X B A B
X=A+B
X
或门
或非门
6. 真值表和逻辑表达式的对应关系
真值表、逻辑表达式、线路图是有对应对应关系的, 真值表、逻辑表达式、线路图是有对应对应关系的 真值表 用于做出产品) 真值表→表达式→电路图 (用于做出产品 用于做出产品
A B 0 0 0 1 1 0 1 1 A B 0 0 0 1 1 0 1 1 X 0 0 0 1 X 1 1 1 0
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
计算机中常用的逻辑器件
计算机中常用的逻辑器件，包括组合逻辑和 计算机中常用的逻辑器件，包括组合逻辑和时序逻辑电路 组合逻辑 两大类别；也可以划分为专用功能 通用功能电路两大类别 专用功能和 两大类别。 两大类别；也可以划分为专用功能和通用功能电路两大类别。 组合逻辑电路的输出状态只取决于当前输入信号的状态， 组合逻辑电路的输出状态只取决于当前输入信号的状态， 的输出状态只取决于当前输入信号的状态 与过去的输入信号的状态无关，例如加法器，译码器，编码器， 与过去的输入信号的状态无关，例如加法器，译码器，编码器， 数据选择器等电路； 数据选择器等电路； 时序逻辑电路的输出状态不仅和当前的输入信号的状态有 时序逻辑电路的输出状态不仅和当前的输入信号的状态有 还与以前的输入信号的状态有关， 关，还与以前的输入信号的状态有关，即时序逻辑电路有记忆 功能，最基本的记忆电路是触发器， 功能，最基本的记忆电路是触发器，包括电平触发器和边沿触 发器，由基本触发器可以构成寄存器，计数器等部件； 发器，由基本触发器可以构成寄存器，计数器等部件； 从器件的集成度和功能区分， 从器件的集成度和功能区分，可把组合逻辑电路和时序逻 辑电路划分成低集成度的、只提供专用功能的器件， 专用功能的器件 辑电路划分成低集成度的、只提供专用功能的器件，和高集成 度的、现场可编程的通用功能电路，例如通用阵列逻辑GAL， 通用功能电路 度的、现场可编程的通用功能电路，例如通用阵列逻辑 ， 复杂的可编程逻辑器件 CPLD，包括门阵列器件 ，包括门阵列器件FPGA，都能 ， 实现各种组合逻辑或时序逻辑电路功能，使用更方便和灵活。 实现各种组合逻辑或时序逻辑电路功能，使用更方便和灵活。
输入
基极
3. 与非门 和 或非门
与非门： 路输入都高，输出才为低； 与非门： 2 路输入都高，输出才为低； 低 个三极管变成串接的2个三极管 （原1个三极管变成串接的 个三极管） 个三极管变成串接的 个三极管） 或非门：任何一路输入为高， 或非门：任何一路输入为高，输出都为 个三极管变成并行的2个三极管 （原1个三极管变成并行的 个三极管） 个三极管变成并行的 个三极管）
(AB) C=A(BC) A+ BC=(A+B) (A+C) A(A+B)= A A(A+B)=AB A+B=A B =A+B = AB
例如： 例如：AB+AB+AB = A(B+B) +AB=A+AB
8. 三态门电路
三态门电路是一种最重要的总线接口电路， 三态门电路是一种最重要的总线接口电路，它保留 了图腾输出结构电路信号传输速度快、 了图腾输出结构电路信号传输速度快、驱动能力强的特 又有集电极开路电路的输出可以“线与”的优点， 性，又有集电极开路电路的输出可以“线与”的优点， 是构建计算机总线的理想电路。 是构建计算机总线的理想电路。 三态” “三态”是指电路可以输出正常的 “0” 或 “1”逻 逻 辑电平，也可以处于高阻态，取决于输入和控制信号。 辑电平，也可以处于高阻态，取决于输入和控制信号。 为高阻态时， 的输出极都截止， 为高阻态时， “0” 和 “1”的输出极都截止，相当于与 的输出极都截止 所连接的线路断开， 所连接的线路断开，便于实现从多个数据输入中选择其 一。
5. 逻辑功能的表示和等效电路
逻辑功能可以选用布尔代数式表示， 卡诺图表示， 逻辑功能可以选用布尔代数式表示， 卡诺图表示， 真值表 布尔代数式表示 表示，或者用线路逻辑图表示。 表示，或者用线路逻辑图表示。 真值表 与门、 或门、 的图形符号： 与门、 或门、 非门 的图形符号： A B X X=AB X= AB 0 0 0 A A A X X X 0 1 0 B B 1 0 0 非门 与门 与非门 1 1 1 A B 0 0 0 1 1 0 1 1 X 1 1 1 0
二极管的内部结构及其开关特性
绝缘体和导体不同的导电特性是由于它们不同的原子结构 特性造成的。 特性造成的。 通过在绝缘材料中有控制地掺加进少量的导电物质， 通过在绝缘材料中有控制地掺加进少量的导电物质，可以 使得到的材料有一定的导电特性。例如在 4价的硅材料（每个原 使得到的材料有一定的导电特性。 价的硅材料（ 价的硅材料 个电子） 子核周围有 4个电子）中掺杂进少量 5价的金属材料形成 N型材 个电子 价的金属材料形成 型材 型材料， 料，或者掺杂进少量 3价的金属材料形成 P型材料，使新得到的 价的金属材料形成 型材料 的关系， 型 材料中总的原子核数量与电子的数量不满足 1:4 的关系， N型 材料中形成有极少量的带负电荷的多余电子， 型材料中缺少 材料中形成有极少量的带负电荷的多余电子， P型材料中缺少 极少量的电子（反过来称为有极少量的带正电的空穴）， ），这些 极少量的电子（反过来称为有极少量的带正电的空穴），这些 电子和空穴可以成为导电的载流子。 电子和空穴可以成为导电的载流子。当把这样的两种材料结合 在一起时，就表现出在单个方向导电的特性，这就是半导体， 在一起时，就表现出在单个方向导电的特性，这就是半导体， 做成器件就是二极管。 型材料一端（ 做成器件就是二极管。当P型材料一端（称为二极管的正极）有 型材料一端 称为二极管的正极） 型材料一端（ 伏的电压时， 比N型材料一端（称为二极管的负极）高 0.7 伏的电压时，就会 型材料一端 称为二极管的负极） 产生从正极流向负极的电流，小的反向电压则不会产生电流。 产生从正极流向负极的电流，小的反向电压则不会产生电流。
总线 /G1 A B /G2 C /G3
例如， 例如，当控制信号 /G1为低 为低 电平， 电平， /G2 和 /G3为高电 为高电 平时， 平时，三态门的输入 A 被 送到总线上，另外两个三 送到总线上， 态门的输出处于高阻态。 态门的输出处于高阻态。
二. 计算机中常用的逻辑电路
专用功能电路 加法器和算术逻辑单元 译码器和编码器 数据选择器 触发器和寄存器、 触发器和寄存器、计数器 阵列逻辑电路 存储器芯片 RAM 和 ROM 通用阵列逻辑 GAL 复杂的可编程逻辑器件 CPLD: MACH器件 器件 现场可编程门阵列 FPGA 器件
得出用到的基本门 及其连接关系 X = A B
A B
与门 X=AB
X
1. 用与逻辑写出真值表中 与逻辑写出真值表中 每一横行中输出为 1 的 逻辑表达式； 逻辑表达式； 2. 用或逻辑汇总真值表中 或逻辑汇总真值表中 的逻辑。 全部输出为 1 的逻辑。 3. 不必理睬那些输出为 0 的各行的内容， 的各行的内容，它们已 经隐含在通过 1、2 两 、 步写出的表达式中。 步写出的表达式中。 X= A * B + A * B + A * B