B逻辑设计基础

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1、B逻辑设计加出我始终热爱那些词汇,布尔。ClaudeShannonIEEESpectrum,Apri11992B.1简介2B.2n电路、真值表和逻辑等效电路2B.3组合逻辑7B・4时钟信号18B.5存储单元21B.6有限状态机34B.7时钟控制原理39B.8结论43B.9重要术语44B.10习题46B.1简介本附录将讨论有关逻辑设计的基础知识。但这些基础知识并不能完全代替一门有关逻辑设计的课程，也无法使你在读完这些内容之后就能设计出卓妙绝伦的逻辑电路。如果你以前对逻辑设计了解甚少，那么本附录将为你提供足够的背景知识用以理解书中出现的有关逻辑设计的内容。本附录还有助于你了解到计算

2、机是如何实现的。如果你还想进一步深入了解有关逻辑设计的知识，请参阅附录末的参考文献。B.2节介绍了组成逻辑电路的基本单位——门电路。B.3则利用这些门电路构成了简单的组合逻辑系统，这些系统中不包含存储器。这两节内容大家会比较熟悉。B.4简单地介绍了“时钟”的概念和特点，这些内容有助于理解带存储元件的电路是如何工作的。B.5对存储元件作了介绍，这些内容能帮助读者理解第5章，第6章的内容，并进一步认识到第7章所提及的有关分层存储机制的设计思想。B.6描述了有限状态机的设计和运用，其中有限状态机是一种时序逻辑控制系统。B.2〜B.6的内容是附示C的基础知识，有兴趣的读者一定要弄懂。有

3、些用户只是想理解第5章，第6章的控制电路，那么他可以跳过B.7内容。B.7内容面向那些想进一步了解时钟机理和控制功能的读者。B.7主要描述了时钟沿触发控制的工作过程，同时还引入了另一种时钟机制，并简单描述了如何同步异步输入的一些问题。B.2门电路、真值表和逻辑等效电路现代计算机内部的电子元件是数字式的。众所周知，数字电子元件的工作态是二值电平：高电平和低电平。其它的中间电平都是瞬间态的，并且发生在这二个电平的转化过程中。正如第3章所提及，这就是计算机采用二进制的重要原因。因为二进制正好符合数字电子元件的固有特性。在不同的逻辑器件中，这二个电平值以及它们之间的关系略有不同。因此，

4、我们通常并不指出具体的电平值，而是采用信号来表示。例如，我们用“逻辑真”、“1”或“确定”来表示高电平，而用“逻辑错”、“0”或“不确定”来表示低电平，1和0称作一组互补信号。依据电路是否具有存储功能，我们将逻辑电路划分为二种类型：不含存储功能的电路称作组合电路，它的输出值仅取决于当前输入值；而存储电路则指电路输出值取决于当前输入状态和存储单元中的值，我们将该值称作逻辑电路的状态量。本节和下节内容将着重讨论组合逻辑电路。在介绍完B.5中的各种不同的存储器件之后，我们接着讨论时序逻辑电路的设计。真值表由于组合电路中不包含任何存储单元，所以组合电路的输出值可由当前输入值完全确定。这

5、种确定的对应关系可用真值表来描述。例如，对于有几个输入的逻辑电路，对应的真值表有2“种输入组合，每一种输入组合表示一组输入状态集，分别对应一个确定的输出。真值表例题：某个逻辑函数，其输入端为A、B、C三个端口，输出为D、E、F三个分量。函数实现的功能如下：当输入量中至少有一个值为“1”时，输出D为真”；当输入中正好有二个值为T”时，输出E为“真”；当输入值都是1时，输出F为“真”。请描述该函数对应的真值表。解:真值表的输入组合共有2’=8种组合，所以：输入输出ABCDEF000000001100010100011110100100101110110110111101可见，真值表

6、能完全描述任何一种组合逻辑函数；但是表的大小随输入个数呈指数增长，且不够一目了然。在逻辑函数中，其某些输入组合对应的输出值为0,那么我们可以在真值表中仅列出输出值为非0的输入组合即可。这种方法在第5章和附录C中已经应用。布尔代数描述逻辑函数的另一种方法采用逻辑表达式，它可以通过布尔代数得以实现。在布尔代数中，所有数值非0即1,通常有三种典型的操作符：■“或”操作符，记作“+”。例如A+B,若其中至少有一个变量为1时,结果为1。或操作符也叫作逻辑和。■“与”操作符，记作。例如A.B,当且仅当输入值均为1时，“与”操作结果才为1。与操作符也叫作逻辑乘。■“非”操作符，记作忑。当输入

7、A为0时，其输出为1。该操作符用以取得逻辑非。例如，输入为1,结果为0;输入为1,输出为0。下面列出常用的布尔代数定律，有助于进行逻辑变换:■恒等定律：A+0=A,A.1=A■0/1定律：A+1=1,A.0=0■互补律：A+F=1,A.F=0■交换律：A+B=B+A,A.B=B.A■结合律：A+(B+C)=(A+B)+CA.(B.C)=(A.B).C■分配律：A.(B+C)=A.B+A.CA+(B.C)=A.B+A.C另外，还有二个重要的摩根(DeMorgan)定律，我们将在下文中进一步讨论