计算机组成原理课件第2章计算机硬件基础.ppt

《计算机组成原理课件第2章计算机硬件基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理课件第2章计算机硬件基础.ppt（38页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础第第2章章 计算机硬件基础计算机硬件基础2.1 数字逻辑电路基础数字逻辑电路基础2.2 组合逻辑电路及部件组合逻辑电路及部件2.3 时序逻辑电路及部件时序逻辑电路及部件作业作业5/26/20231第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础2.1 数字逻辑电路基础数字逻辑电路基础一、逻辑运算与逻辑门一、逻辑运算与逻辑门二、逻辑代数的基本公式二、逻辑代数的基本公式三、逻辑函数的化简三、逻辑函数的化简5/26/20232第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基

2、础计算机硬件基础一、逻辑运算与逻辑门一、逻辑运算与逻辑门1、基本概念、基本概念2、3种基本逻辑门种基本逻辑门3、其他逻辑运算、其他逻辑运算5/26/20233第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础1、基本概念、基本概念逻辑常量：逻辑常量：逻辑常量：逻辑常量：逻辑常量只有两个，即逻辑常量只有两个，即逻辑常量只有两个，即逻辑常量只有两个，即0 0和和和和1 1，用来表，用来表，用来表，用来表示两个对立的逻辑状态。示两个对立的逻辑状态。示两个对立的逻辑状态。示两个对立的逻辑状态。逻辑变量：逻辑变量：逻辑变量：逻辑变量：逻辑变量一般用字母、数字及其组合逻辑变量

3、一般用字母、数字及其组合逻辑变量一般用字母、数字及其组合逻辑变量一般用字母、数字及其组合来表示，其取值只有两个，即来表示，其取值只有两个，即来表示，其取值只有两个，即来表示，其取值只有两个，即0 0和和和和1 1。在在在在“正逻辑正逻辑正逻辑正逻辑”的数字电路设计中，用低电平信号的数字电路设计中，用低电平信号的数字电路设计中，用低电平信号的数字电路设计中，用低电平信号（如（如（如（如0.5V0.5V）表示逻辑）表示逻辑）表示逻辑）表示逻辑0 0；用高电平信号（如；用高电平信号（如；用高电平信号（如；用高电平信号（如3V3V）表）表）表）表示逻辑示逻辑示逻辑示逻辑1 1。逻辑运算：逻辑运算：逻辑

4、运算：逻辑运算：对于逻辑常量和变量的操作，有与、对于逻辑常量和变量的操作，有与、对于逻辑常量和变量的操作，有与、对于逻辑常量和变量的操作，有与、或、非三种基本逻辑运算。或、非三种基本逻辑运算。或、非三种基本逻辑运算。或、非三种基本逻辑运算。逻辑门（逻辑门（逻辑门（逻辑门（logic gateslogic gates）：对逻辑常量和变量完成对逻辑常量和变量完成对逻辑常量和变量完成对逻辑常量和变量完成基本的逻辑运算的电路。基本的逻辑运算的电路。基本的逻辑运算的电路。基本的逻辑运算的电路。5/26/20234第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础1、基本概念

5、、基本概念逻辑函数：逻辑函数：逻辑函数：逻辑函数：用于表达逻辑变量之间关系的代数式，使用于表达逻辑变量之间关系的代数式，使用于表达逻辑变量之间关系的代数式，使用于表达逻辑变量之间关系的代数式，使用与、或、非用与、或、非用与、或、非用与、或、非3 3种基本逻辑运算，可以构造出任何逻辑种基本逻辑运算，可以构造出任何逻辑种基本逻辑运算，可以构造出任何逻辑种基本逻辑运算，可以构造出任何逻辑函数函数函数函数 。逻辑代数：逻辑代数：逻辑代数：逻辑代数：逻辑代数是研究逻辑函数运算和化简的一逻辑代数是研究逻辑函数运算和化简的一逻辑代数是研究逻辑函数运算和化简的一逻辑代数是研究逻辑函数运算和化简的一种数学系统，

6、也是用来描述、分析、简化数字电路的种数学系统，也是用来描述、分析、简化数字电路的种数学系统，也是用来描述、分析、简化数字电路的种数学系统，也是用来描述、分析、简化数字电路的数学工具。数学工具。数学工具。数学工具。在数字电路中，表示逻辑变量之间的逻辑关系的方法在数字电路中，表示逻辑变量之间的逻辑关系的方法在数字电路中，表示逻辑变量之间的逻辑关系的方法在数字电路中，表示逻辑变量之间的逻辑关系的方法一般有一般有一般有一般有3 3种：种：种：种：逻辑代数式、真值表、电路图逻辑代数式、真值表、电路图逻辑代数式、真值表、电路图逻辑代数式、真值表、电路图。真值表：真值表：真值表：真值表：将所有输入变量的所有

7、可能的取值组合，及将所有输入变量的所有可能的取值组合，及将所有输入变量的所有可能的取值组合，及将所有输入变量的所有可能的取值组合，及其在此情况下输出变量应有的取值罗列出来，所形成其在此情况下输出变量应有的取值罗列出来，所形成其在此情况下输出变量应有的取值罗列出来，所形成其在此情况下输出变量应有的取值罗列出来，所形成的一张表。它最全面、最直观地表达了逻辑关系。的一张表。它最全面、最直观地表达了逻辑关系。的一张表。它最全面、最直观地表达了逻辑关系。的一张表。它最全面、最直观地表达了逻辑关系。5/26/20235第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础2、3种

8、基本逻辑门种基本逻辑门所有逻辑运算都是所有逻辑运算都是按位操作按位操作的。的。与运算（与运算（AND）或运算（或运算（OR）非运算（非运算（NOT）5/26/20236第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础与运算（与运算（AND）逻辑表达式：逻辑表达式：FABAB逻辑门电路符号：逻辑门电路符号：运算规则：运算规则：有有0就出就出0真值表：真值表：A AB BF F0 00 00 00 01 10 01 10 00 01 11 11 15/26/20237第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础或运算（或运算（OR

9、）逻辑表达式：逻辑表达式：FAB逻辑门电路符号：逻辑门电路符号：运算规则：运算规则：有有1就出就出1真值表：真值表：A AB BF F0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 11 15/26/20238第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础非运算（非运算（NOT）逻辑表达式：逻辑表达式：FA逻辑门电路符号：逻辑门电路符号：运算规则：运算规则：取反取反真值表：真值表：A AF F0 01 11 10 05/26/20239第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础3、其他逻辑运算、其他逻辑运算

10、除了除了3种基本的逻辑门电路外，还有种基本的逻辑门电路外，还有4种种常用的逻辑门，它们均可以由与或非门常用的逻辑门，它们均可以由与或非门组合而成。组合而成。与非门（与非门（NAND）或非门（或非门（NOR）异或门（异或门（XOR）同或门（同或门（XNOR）5/26/202310第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础与非门（与非门（NAND）逻辑表达式：逻辑表达式：FABAB逻辑门电路符号：逻辑门电路符号：运算规则：运算规则：有有0就出就出1真值表：真值表：A AB BF F0 00 01 10 01 11 11 10 01 11 11 10 05/26

11、/202311第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础或非门（或非门（NOR）逻辑表达式：逻辑表达式：运算规则：运算规则：有有1就出就出0真值表：真值表：A AB BF F0 00 01 10 01 10 01 10 00 01 11 10 0FAB逻辑门电路符号：逻辑门电路符号：5/26/202312第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础异或门（异或门（XOR）逻辑表达式：逻辑表达式：运算规则：运算规则：相异得相异得1真值表：真值表：A AB BF F0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 1

12、1 10 0逻辑门电路符号：逻辑门电路符号：FA BABAB5/26/202313第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础同或门（同或门（XNOR）逻辑表达式：逻辑表达式：运算规则：运算规则：相同得相同得1真值表：真值表：A AB BF F0 00 01 10 01 10 01 10 00 01 11 11 1FA BABA B逻辑门电路符号：逻辑门电路符号：5/26/202314第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础二、逻辑代数的基本公式二、逻辑代数的基本公式可以使用以下基本公式和规则对命题进行运算：可以使用以

13、下基本公式和规则对命题进行运算：可以使用以下基本公式和规则对命题进行运算：可以使用以下基本公式和规则对命题进行运算：（1 1）交换律）交换律）交换律）交换律A+B=B+AA+B=B+AAB=BAAB=BA （2 2）结合律结合律结合律结合律A+(B+C)=(A+B)+C A+(B+C)=(A+B)+C AA（BCBC）=(AB)C=(AB)C （3 3）分配律分配律分配律分配律A+BC=(A+B)(A+C)A+BC=(A+B)(A+C)（*）A(B+C)=AB+ACA(B+C)=AB+AC（4 4）吸收律）吸收律）吸收律）吸收律A+AB=AA+AB=AA(A+B)=AA(A+B)=A（5 5）

14、补吸收律）补吸收律）补吸收律）补吸收律A+AB=A+BA+AB=A+BA(A+B)=ABA(A+B)=AB5/26/202315第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础二、逻辑代数的基本公式二、逻辑代数的基本公式（6 6）反演律）反演律）反演律）反演律 A+B=A BA+B=A B （*）AB=A+BAB=A+B （*）（7 7）包含律）包含律）包含律）包含律AB+AC+BC=AB+ACAB+AC+BC=AB+AC （*）(A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+C)(A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+C)（*）（8 8）重叠律）重叠律

15、）重叠律）重叠律A+A=AA+A=AAA=AAA=A （1010）0 01 1律律律律0+A=A 0+A=A 1+A=11+A=11A=A1A=A0A=00A=0（9 9）互补律）互补律）互补律）互补律A+A=1A+A=1AA=0AA=0 5/26/202316第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础三、逻辑函数的化简三、逻辑函数的化简在设计逻辑电路时，每个逻辑表达式是和一个在设计逻辑电路时，每个逻辑表达式是和一个在设计逻辑电路时，每个逻辑表达式是和一个在设计逻辑电路时，每个逻辑表达式是和一个逻辑电路相对应，因此逻辑电路相对应，因此逻辑电路相对应，因此逻

16、辑电路相对应，因此必须将逻辑表达式进行必须将逻辑表达式进行必须将逻辑表达式进行必须将逻辑表达式进行化简化简化简化简，以，以，以，以减少实现它的电路所用元器件减少实现它的电路所用元器件减少实现它的电路所用元器件减少实现它的电路所用元器件。逻辑函数化简有两种方法：代数化简法和卡诺逻辑函数化简有两种方法：代数化简法和卡诺逻辑函数化简有两种方法：代数化简法和卡诺逻辑函数化简有两种方法：代数化简法和卡诺图化简法。图化简法。图化简法。图化简法。代数化简法代数化简法代数化简法代数化简法:直接利用逻辑代数的基本公式和直接利用逻辑代数的基本公式和直接利用逻辑代数的基本公式和直接利用逻辑代数的基本公式和规则进行化

17、简，要求熟练地掌握逻辑函数的公规则进行化简，要求熟练地掌握逻辑函数的公规则进行化简，要求熟练地掌握逻辑函数的公规则进行化简，要求熟练地掌握逻辑函数的公式，并经过多次训练才能进行快速化简。式，并经过多次训练才能进行快速化简。式，并经过多次训练才能进行快速化简。式，并经过多次训练才能进行快速化简。5/26/202317第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础三、逻辑函数的化简三、逻辑函数的化简【例【例【例【例1 1】F=ABC+ABC=ABF=ABC+ABC=AB（分配律、互补律）（分配律、互补律）（分配律、互补律）（分配律、互补律）【例【例【例【例2 2】

18、F=B+A B D=B F=B+A B D=B （交换律、吸收律）（交换律、吸收律）（交换律、吸收律）（交换律、吸收律）【例【例【例【例3 3】F F=ABC+ABC+A C=ABC+ABC+A C=AB(C+C)+AC=AB(C+C)+AC（分配律）（分配律）（分配律）（分配律）=AB+AC=AB+AC（互补律）（互补律）（互补律）（互补律）【例【例【例【例5 5】F=AD+AD+AB+AC+BD+ACEF+F=AD+AD+AB+AC+BD+ACEF+BEF+DEFG BEF+DEFG =A+C+BD+BEF+DEFG =A+C+BD+BEF+DEFG =A+C+BD+BEF =A+C+BD

19、+BEF【例【例【例【例4 4】F=AB+A C+BC=AB+A C F=AB+A C+BC=AB+A C （包含律）（包含律）（包含律）（包含律）5/26/202318第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础2.2 组合逻辑电路及部件组合逻辑电路及部件一、组合逻辑电路设计方法一、组合逻辑电路设计方法二、二进制加法器二、二进制加法器三、算术逻辑运算单元三、算术逻辑运算单元ALU四、译码器四、译码器5/26/202319第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础一、组合逻辑电路设计方法一、组合逻辑电路设计方法组合逻辑电

20、路的特点：组合逻辑电路的特点：组合逻辑电路的特点：组合逻辑电路的特点：当输入信号变化时，输出当输入信号变化时，输出当输入信号变化时，输出当输入信号变化时，输出信号也跟着变化。信号也跟着变化。信号也跟着变化。信号也跟着变化。在计算机在计算机在计算机在计算机CPUCPU设计设计设计设计中，组合电中，组合电中，组合电中，组合电路通常被路通常被路通常被路通常被用来产生控制信号用来产生控制信号用来产生控制信号用来产生控制信号，它的输入可能是指，它的输入可能是指，它的输入可能是指，它的输入可能是指令的操作码和状态信号，而其输出则是寄存器、令的操作码和状态信号，而其输出则是寄存器、令的操作码和状态信号，而其

21、输出则是寄存器、令的操作码和状态信号，而其输出则是寄存器、存储器等等的写入控制信号和数据选择信号。存储器等等的写入控制信号和数据选择信号。存储器等等的写入控制信号和数据选择信号。存储器等等的写入控制信号和数据选择信号。组合逻辑电路的设计步骤如下：组合逻辑电路的设计步骤如下：组合逻辑电路的设计步骤如下：组合逻辑电路的设计步骤如下：分析该逻辑电路的逻辑要求；分析该逻辑电路的逻辑要求；分析该逻辑电路的逻辑要求；分析该逻辑电路的逻辑要求；根据逻辑要求确定输入变量和输出变量；根据逻辑要求确定输入变量和输出变量；根据逻辑要求确定输入变量和输出变量；根据逻辑要求确定输入变量和输出变量；将输入输出关系表示成真

22、值表；将输入输出关系表示成真值表；将输入输出关系表示成真值表；将输入输出关系表示成真值表；根据真值表写出输出函数的逻辑表达式，并化简；根据真值表写出输出函数的逻辑表达式，并化简；根据真值表写出输出函数的逻辑表达式，并化简；根据真值表写出输出函数的逻辑表达式，并化简；画出逻辑电路。画出逻辑电路。画出逻辑电路。画出逻辑电路。5/26/202320第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础二、二进制加法器二、二进制加法器加法器是计算机基本运算加法器是计算机基本运算加法器是计算机基本运算加法器是计算机基本运算部件之一。部件之一。部件之一。部件之一。一位二进制全加器

23、：一位二进制全加器：一位二进制全加器：一位二进制全加器：输入变量：输入变量：输入变量：输入变量：3 3个，即加数个，即加数个，即加数个，即加数X Xn n、被加数、被加数、被加数、被加数Y Yn n和低位来的和低位来的和低位来的和低位来的进位进位进位进位C Cn n；输出变量：输出变量：输出变量：输出变量：2 2个，即本位的个，即本位的个，即本位的个，即本位的和和和和S Sn n、向高位的进位、向高位的进位、向高位的进位、向高位的进位C Cn n1 1。一位全加器真值表一位全加器真值表X Xn n Y Yn n C Cn n F Fn n C Cn n1 10 0 0 0 0 0 0 0 10

24、 0 10 1 00 1 00 1 10 1 11 0 01 0 01 0 11 0 11 1 01 1 01 1 11 1 1 0 00 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 15/26/202321第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础二、二进制加法器二、二进制加法器由真值表可的全加器输出由真值表可的全加器输出Fn和进位输出和进位输出 Cn1的表达式为：的表达式为：F Fn n=X=Xn nY Yn nC Cn n+X+Xn nY Yn nC Cn n+X+Xn nY Yn

25、nC Cn n+X+Xn nY Yn nC Cn nC Cn n1 1=X=Xn nY Yn nC Cn n+X+Xn nY Yn nC Cn n+X+Xn nY Yn nC Cn n+X+Xn nY Yn nC Cn n化简可得：化简可得：F Fn n=X=Xn n Y Yn n C Cn nC Cn n1 1=X=Xn nY Yn n+（X Xn nY Yn n）C Cn n =X =Xn nY Yn n+（X Xn n Y Yn n）C Cn n5/26/202322第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础一位全加器逻辑电路一位全加器逻辑电路一位全

26、加器逻辑电路一位全加器逻辑电路一位全加器逻辑框图一位全加器逻辑框图一位全加器逻辑框图一位全加器逻辑框图5/26/202323第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础四位二进制加法器四位二进制加法器由由4个全加器个全加器串连串连构成构成行波进位加法器行波进位加法器 特点：位间进位是串行传送（称为特点：位间进位是串行传送（称为特点：位间进位是串行传送（称为特点：位间进位是串行传送（称为行波进位行波进位行波进位行波进位），即本位），即本位），即本位），即本位全加和全加和全加和全加和FiFi必须等低位进位必须等低位进位必须等低位进位必须等低位进位CiCi来到后才

27、能得到。来到后才能得到。来到后才能得到。来到后才能得到。缺点：加法时间与位数有关，速度较慢。缺点：加法时间与位数有关，速度较慢。缺点：加法时间与位数有关，速度较慢。缺点：加法时间与位数有关，速度较慢。5/26/202324第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础四位二进制并行进位加法器四位二进制并行进位加法器 在在在在4 4个全加器基础上进行改造，以便并行产生进位，个全加器基础上进行改造，以便并行产生进位，个全加器基础上进行改造，以便并行产生进位，个全加器基础上进行改造，以便并行产生进位，构成构成构成构成并行进位加法器。并行进位加法器。并行进位加法器。并

28、行进位加法器。5/26/202325第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础四位二进制并行进位加法器四位二进制并行进位加法器5/26/202326第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础四位二进制并行进位加法器四位二进制并行进位加法器 特点：采用特点：采用特点：采用特点：采用“并行进位并行进位并行进位并行进位法法法法”或或或或“超前进位超前进位超前进位超前进位产生产生产生产生电路电路电路电路”来来来来同时形成各位同时形成各位同时形成各位同时形成各位的进位的进位的进位的进位。优点：运算速度大大加优点：运算速度大大加优

29、点：运算速度大大加优点：运算速度大大加快。快。快。快。上述上述上述上述4 4位位位位并行进位加法并行进位加法并行进位加法并行进位加法器器器器的逻辑框图：的逻辑框图：的逻辑框图：的逻辑框图：5/26/202327第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础三、算术逻辑运算单元三、算术逻辑运算单元ALUALUALU（A Arithmetic&Logic Unitrithmetic&Logic Unit）：算术逻辑运算单元，）：算术逻辑运算单元，）：算术逻辑运算单元，）：算术逻辑运算单元，计算机中可以进行计算机中可以进行计算机中可以进行计算机中可以进行逻辑运算和算

30、术运算逻辑运算和算术运算逻辑运算和算术运算逻辑运算和算术运算的部件。的部件。的部件。的部件。全加器：只能对输入数据进行加法运算。全加器：只能对输入数据进行加法运算。全加器：只能对输入数据进行加法运算。全加器：只能对输入数据进行加法运算。ALUALU的实现：在并行进位加法器的基础上，再加上一些逻辑的实现：在并行进位加法器的基础上，再加上一些逻辑的实现：在并行进位加法器的基础上，再加上一些逻辑的实现：在并行进位加法器的基础上，再加上一些逻辑电路和功能控制信号线，可形成多功能算术逻辑运算部件电路和功能控制信号线，可形成多功能算术逻辑运算部件电路和功能控制信号线，可形成多功能算术逻辑运算部件电路和功能

31、控制信号线，可形成多功能算术逻辑运算部件ALUALU。74LS18174LS181芯片：芯片：芯片：芯片：4 4位多功能位多功能位多功能位多功能ALUALU，内部集成了并行进位，内部集成了并行进位，内部集成了并行进位，内部集成了并行进位电路。电路。电路。电路。5 5条功能选择线：条功能选择线：条功能选择线：条功能选择线：S S3 3S S2 2S S1 1S S0 0和和和和MM1616种算术运算：种算术运算：种算术运算：种算术运算：MM0 0时，由时，由时，由时，由S S3 3S S2 2S S1 1S S0 0 来选择，来选择，来选择，来选择，CnCn0 0有进位，有进位，有进位，有进位，

32、CnCn1 1无进位。无进位。无进位。无进位。1616种逻辑运算：种逻辑运算：种逻辑运算：种逻辑运算：MM1 1时，由时，由时，由时，由S S3 3S S2 2S S1 1S S0 0 来选择来选择来选择来选择5/26/202328第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础74LS181 ALU的构成的构成将将将将输入数据输入数据输入数据输入数据A A和和和和B B经过经过经过经过函数发生器形成它们的函数发生器形成它们的函数发生器形成它们的函数发生器形成它们的不同组合不同组合不同组合不同组合（由功能选择（由功能选择（由功能选择（由功能选择线线线线S S3

33、3S S2 2S S1 1S S0 0 决定），再决定），再决定），再决定），再送入并行进位加法器进送入并行进位加法器进送入并行进位加法器进送入并行进位加法器进行行行行加法运算加法运算加法运算加法运算，从而使得，从而使得，从而使得，从而使得ALUALU能够实现各种的能够实现各种的能够实现各种的能够实现各种的运算功能。运算功能。运算功能。运算功能。X Xf f S3S2S1S0 S3S2S1S0（A A，B B）Y Yf f S3S2S1S0S3S2S1S0 （A A，B B）5/26/202329第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础74LS181内部

34、结构内部结构5/26/202330第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础由由74LS181构成构成16位位ALU用用用用4 4片片片片74LS18174LS181 1616位位位位ALUALU 74LS18174LS181片内：并行进位片内：并行进位片内：并行进位片内：并行进位 片间：串行进位片间：串行进位片间：串行进位片间：串行进位。5/26/202331第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础由由74LS181构成构成16位位ALU用用用用4 4片片片片74LS18174LS181+1 1片片片片74LS18

35、274LS182 1616位位位位ALUALU 74LS18174LS181片内：并行进位；片内：并行进位；片内：并行进位；片内：并行进位；片间：并行进位片间：并行进位片间：并行进位片间：并行进位。5/26/202332第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础四、译码器四、译码器译码器功能：把输入编码译成相应的控制电位，译码器功能：把输入编码译成相应的控制电位，译码器功能：把输入编码译成相应的控制电位，译码器功能：把输入编码译成相应的控制电位，作为芯片的片选信号或其他操作控制信号。作为芯片的片选信号或其他操作控制信号。作为芯片的片选信号或其他操作控制信号

36、。作为芯片的片选信号或其他操作控制信号。特点：特点：特点：特点：有有有有n n个输入变量，个输入变量，个输入变量，个输入变量，2 2n n条输出变量（条输出变量（条输出变量（条输出变量（n:2 n:2n n ）；输入信号的输入信号的输入信号的输入信号的2 2n n个编码对应于个编码对应于个编码对应于个编码对应于2 2n n条输出线输出：当输入条输出线输出：当输入条输出线输出：当输入条输出线输出：当输入为某一编码时，对应仅有一根输出为为某一编码时，对应仅有一根输出为为某一编码时，对应仅有一根输出为为某一编码时，对应仅有一根输出为“0”“0”（或为（或为（或为（或为“1”“1”），其余输出均为），

37、其余输出均为），其余输出均为），其余输出均为“1”“1”（或为（或为（或为（或为“0”“0”）。）。）。）。常用的译码器芯片：常用的译码器芯片：常用的译码器芯片：常用的译码器芯片：74LS13974LS139：双：双：双：双2 24 4译码器（译码器（译码器（译码器（n n2 2）74LS13874LS138：3 38 8译码器（译码器（译码器（译码器（n n3 3）5/26/202333第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础74LS139内部集成了两个内部集成了两个内部集成了两个内部集成了两个2 24 4译码器；译码器；译码器；译码器；功能表：功能表

38、：功能表：功能表：“使能使能使能使能”控制端控制端控制端控制端E E：用来控制译码器是否用来控制译码器是否用来控制译码器是否用来控制译码器是否工作，当工作，当工作，当工作，当E#E#端为端为端为端为“1”“1”时，时，时，时，禁止译码禁止译码禁止译码禁止译码器工作器工作器工作器工作，此时译码器，此时译码器，此时译码器，此时译码器的的的的所有输出线均为无所有输出线均为无所有输出线均为无所有输出线均为无效效效效即即即即“1”“1”。输入输入输入输入输出输出输出输出E EB BA AY Y0 0Y Y1 1Y Y2 2Y Y3 3H HL LL LL LL LX XL LL LH HH HX XL

39、LH HL LH HH HL LH HH HH HH HH HL LH HH HH HH HH HL LH HH HH HH HH HL LX：指可以取值：指可以取值1或者或者05/26/202334第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础74LS139按照真值表，四个输出的逻辑代数式为：按照真值表，四个输出的逻辑代数式为：24译码器逻辑电路：译码器逻辑电路：5/26/202335第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础74LS1383 3输入输入输入输入8 8输输输输出的译码出的译码出的译码出的译码器：器：器：器

40、：3 38 8译码器；译码器；译码器；译码器；功能表：功能表：功能表：功能表：输输输输 入入入入输输输输 出出出出GG1 1GG2A2AGG2B2BC B AC B AY Y7 7 Y Y6 6 Y Y5 5 Y Y4 4 Y Y3 3 Y Y2 2 Y Y1 1 Y Y0 01 0 01 0 00 0 00 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 01 0 00 0 10 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 11 0 01 0 00 1 00 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 11 0

41、01 0 00 1 10 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 11 0 01 0 01 0 01 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 11 0 01 0 01 0 11 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 11 0 01 0 01 1 01 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 11 0 01 0 01 1 11 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 10 X X0 X XX X XX X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

42、 1 1 1 1X 1 XX 1 XX X XX X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1X X 1X X 1X X XX X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1当当当当G1 GG1 G2A 2A G G2B2BHLLHLL时，译时，译时，译时，译码器才工作。码器才工作。码器才工作。码器才工作。5/26/202336第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础作业作业补充：补充：补充：补充：1.1.已知已知已知已知X X10111011，Y Y11001100，计算下列表达式：，计算下列表达式：，计算下列表达式：，计算下列表达式：（1 1）XYXY（2 2）X XY Y（3 3）X XY Y（4 4）X XY Y（5 5）X YX Y（6 6）X XY Y2.2.请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最简式，然后画出其电路图。简式，然后画出其电路图。简式，然后画出其电路图。简式，然后画出其电路图。（1 1）（2 2）（3 3）5/26/202337第第第第2 2章章章章 计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础计算机硬件基础5/26/202338