第三章CPU子系统ppt课件.ppt

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1、第三章CPU子系统运算部件寄存器寄存器控制部件运算器控制器本章主要讨论运算器控制器数据通路结构与外部的连接指令的执行过程CPU组成CPU工作原理逻辑代数与逻辑电路基础(补充)CPU组成原理CPU工作机制（设计模型机）CPU子系统运算器组成和运算方法控制器原理定点乘法定点除法浮点运算组合逻辑控制方式微程序控制方式基本思想控制器组成工作过程主机和外设的信息交换连接方式传送控制方式查询中断DMA微指令编码和微地址形成基本思想控制器组成工作过程时序控制本章知识架构：第一节逻辑代数与逻辑电路(补充)3.1逻辑代数

2、3.2逻辑电路基础3.1逻辑代数逻辑代数是对二值变量进行逻辑运算的代数，可以对所计算的量进行“或”、“与”、“非”等逻辑运算，它是形式逻辑的一个分支，是由英国数学家、逻辑学家乔治．布尔建立和发展起来的，所以常称为“布尔代数”（Booleanalgebra）。3.1.1.逻辑变量逻辑变量:逻辑代数的变量简称为逻辑变量，它是赋以逻辑属性值真或假的变量。逻辑代数是一种二值代数，逻辑变量只有0、1两种取值。只有三种最基本的运算，即逻辑加（“或”运算）、逻辑乘（“与”运算）及逻辑非（“非”运算），逻辑代数中的一切

3、其它运算都由这三种运算构成。3.1.1.1.逻辑加逻辑加又叫“或”逻辑运算，运算符号是“+”或“∨”。其运算规则是，只要A、B、C中任一为“1”时，其“或”的结果F就为“1”，只有当A、B、C都为“0”，其结果F才为“0”。F＝A∨B∨C∨…＝A＋B＋C+…（字母A、B、C等表示逻辑变量）3.1.1.2.逻辑乘逻辑乘又叫“与”逻辑运算，运算符号是“·”或“∧”。其运算规则是，只有当A、B、C均为“1”时，其“与”的结果F才为“1”，否则为“0”。F＝A∧B∧C∧…＝A·B·C·……（字母A、B、C等表示

4、逻辑变量）3.1.1.3.逻辑非逻辑非也叫“非”运算，又叫逻辑求反，运算符号为“ˉ”。“非”运算的运算规则是，当A为“1”时，即为“0”；当A为“0”时，为“1”（字母A表示逻辑变量）F=A3.1.2.逻辑函数逻辑代数中的函数简称为逻辑函数，它是描述逻辑变量关系的函数。逻辑函数也是一种变量，这种变量随其它变量的变化而改变，逻辑函数可表示为F=f(A1,A2,…,Ai,…,An)在逻辑代数中，表示逻辑函数的方法有三种：逻辑表达式、真值表和卡诺图。3.1.2.1逻辑表达式逻辑表达式是用公式表示的函数与变量之

5、间关系的一种方法。例如，有两个逻辑变量A和B，当它们的取值相异时，函数F的值为1，否则为0。对于这样一种函数关系，它的逻辑表达式为：F=f(A,B)=AB+AB3.1.2.2.真值表真值表则是用表格表示函数与变量关系的一种方法。3.1.3.基本的逻辑关系式⑴“与”逻辑功能定义为：逻辑表达式为：F=A·B（有时也写成F=A∧B）(2)“或”逻辑功能定义为:逻辑表达式为：F=A+B（有时也写成F=AVB）(3)“非”逻辑功能定义为:逻辑表达式为：F(A,B)=1A=B=10其他情况F(A,B)=0A=B=0

6、1其他情况F(A)=1A=00A=1F(A)=A3.1.4.逻辑代数基本定律0-1律重叠律互补律交换律反演律还原律结合律分配律3.1.5.逻辑代数常用公式3.1.6.逻辑代数基本规则(1).代入规则：任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现A的位置都用同一个逻辑函数代替，则等式仍然成立。这个规则称为代入规则。(2).反演规则：对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，那么所得到的表达式就是函数

7、Y的反函数Y（或称补函数）。这个规则称为反演规则。(3).对偶规则：对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则可得到的一个新的函数表达式Y‘，Y’称为函Y的对偶函数。这个规则称为对偶规则。3.1.7.逻辑代数的化简一个逻辑函数可以有多种不同的表达式，实现这些表达式的逻辑线路也有许多种。为了使逻辑设计简单，尽量少使用元件，把电路设计得更合理，一般都要把逻辑表达式进行化简。常用化简方法有:⑴合并项法⑵吸收法⑶配项法

8、⑷卡洛图法3.1.8.逻辑函数的表示方法(1).真值表是用来描述逻辑函数的值与它的逻辑变量之间关系的表格。(2).逻辑表达式是用逻辑运算符把逻辑变量连接在一起表示某种逻辑关系的表达式。(3).逻辑图是根据逻辑表达式用线段把逻辑符号连接起来，实现逻辑表达式功能的图。(4).卡诺图是真值表的图形化，因此也称真值图。卡诺图主要用来化简逻辑函数。它具有直观、明了、易于化简等优点。3.2.逻辑电路基础逻辑电路和逻辑器件的概念逻辑电路：实现逻辑函数的电