计算机的逻辑部件课件.pptx
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- 计算机 逻辑 部件 课件
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1、2-1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。 2-2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、时序电通过数字电路的门电
2、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。路等这些部件,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?2-31、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
3、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2-41、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
4、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2-51、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、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
5、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
6、 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2-6两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。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?2-7+Vcc(+5V)电源
7、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。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 22-81、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
8、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。2-9电路中的信号电路中的信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、
9、逻辑运算与数字逻辑电路、逻辑运算与数字逻辑电路tu tu2-10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。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、
10、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2-112、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
11、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,不表示数表示一个问题的两种答案,不表示数, , 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
12、 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。2-12与与 ( XY 逻辑乘逻辑乘 ) 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,
13、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
14、数重点重点2-13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 BA 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2-14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
15、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 B2、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B BA AF FR RE E2-152 2、逻辑函数表达式、逻辑函数表达式 F = ABF = 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”
16、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 E2-163 3、逻辑符号、逻辑符号 目前存在三种符号表示,目前存在三种符号表示, 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
17、与逻辑与逻辑 ( XY 逻辑乘逻辑乘 )B BA AF FR RE E2-17AFB4、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”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 E2-18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
18、”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2-191、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:11 111 010 100 0FA BFREAB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”,断开为断开为“0”0”。灯亮为灯亮为“1”1”,灯灭为,
19、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2-202、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: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或逻辑功能有不同的方法描述或逻辑功能有不同的方法
20、2-213、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”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2-224、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”,断开为断开为“
21、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2-23非逻辑非逻辑 ( 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2-241、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
22、,对应情况的排列组合, 列表如下图:列表如下图:0110FA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”。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EARF2-252、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
23、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2-263、逻辑符号、逻辑符号FAFA1AF1国际标准国际标准国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2-274、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”
24、,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2-28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:01 111 010 110 0FA B2-29BAA+BFAF=A+BB01 101 000 110 0FA B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
25、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:F=A+B2-30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:BAABDCCD AB+CDF= AB+CDBAABDCCDF= AB+CD2-31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
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