最新计算机组成原理课件-第2章-计算机硬件基础-概要PPT课件.ppt

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1、计算机组成原理课件-第2章-计算机硬件基础-概要2.1数字逻辑电路基础一、逻辑运算与逻辑门二、逻辑代数的基本公式三、逻辑函数的化简9/29/20212一、逻辑运算与逻辑门1、基本概念2、3种基本逻辑门3、其他逻辑运算9/29/20213与运算（AND）逻辑表达式：F＝AB＝A·B逻辑门电路符号：运算规则：有0就出0真值表：ABF0000101001119/29/20217或运算（OR）逻辑表达式：F＝A＋B逻辑门电路符号：运算规则：有1就出1真值表：ABF0000111011119/29/20218非运算（NOT）逻辑表达式

2、：F＝A逻辑门电路符号：运算规则：取反真值表：AF01109/29/202193、其他逻辑运算除了3种基本的逻辑门电路外，还有4种常用的逻辑门，它们均可以由与或非门组合而成。与非门（NAND）或非门（NOR）异或门（XOR）同或门（XNOR）9/29/202110与非门（NAND）逻辑表达式：F＝AB＝A·B逻辑门电路符号：运算规则：有0就出1真值表：ABF0010111011109/29/202111或非门（NOR）逻辑表达式：运算规则：有1就出0真值表：ABF001010100110F＝A＋B逻辑门电路符号：9/29/2

3、02112异或门（XOR）逻辑表达式：运算规则：相异得1真值表：ABF000011101110逻辑门电路符号：F＝A⊕B＝AB＋AB9/29/202113同或门（XNOR）逻辑表达式：运算规则：相同得1真值表：ABF001010100111F＝A⊙B＝AB＋AB逻辑门电路符号：9/29/202114二、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：（1）交换律A+B=B+AA·B=B·A（2）结合律A+(B+C)=(A+B)+CA·（B·C）=(A·B)·C（3）分配律A+B·C=(A+B)·(A+C)（*）A

4、·(B+C)=A·B+A·C（4）吸收律A+A·B=AA·(A+B)=A（5）补吸收律A+A·B=A+BA·(A+B)=A·B9/29/202115二、逻辑代数的基本公式（6）反演律A+B=A·B（*）A·B=A+B（*）（7）包含律A·B+A·C+B·C=A·B+A·C（*）(A+B)·(A+C)·(B+C)=(A+B)·(A+C)（*）（8）重叠律A+A=AA·A=A（10）0－1律0+A=A1+A=11·A=A0·A=0（9）互补律A+A=1A·A=09/29/202116三、逻辑函数的化简在设计逻辑电路时，每个逻辑表

5、达式是和一个逻辑电路相对应，因此必须将逻辑表达式进行化简，以减少实现它的电路所用元器件。逻辑函数化简有两种方法：代数化简法和卡诺图化简法。代数化简法:直接利用逻辑代数的基本公式和规则进行化简，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。9/29/202117三、逻辑函数的化简【例1】F=ABC+ABC=AB（分配律、互补律）【例2】F=B+ABD=B（交换律、吸收律）【例3】F=ABC+ABC+AC=AB(C+C)+AC（分配律）=AB+AC（互补律）【例5】F=AD+AD+AB+AC+BD+ACEF+BE

6、F+DEFG=A+C+BD+BEF+DEFG=A+C+BD+BEF【例4】F=AB+AC+BC=AB+AC（包含律）9/29/2021182.2组合逻辑电路及部件一、组合逻辑电路设计方法二、二进制加法器三、算术逻辑运算单元ALU四、译码器9/29/202119一、组合逻辑电路设计方法组合逻辑电路的特点：当输入信号变化时，输出信号也跟着变化。在计算机CPU设计中，组合电路通常被用来产生控制信号，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、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：分析该逻

7、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；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；画出逻辑电路。9/29/202120二、二进制加法器加法器是计算机基本运算部件之一。一位二进制全加器：输入变量：3个，即加数Xn、被加数Yn和低位来的进位Cn；输出变量：2个，即本位的和Sn、向高位的进位Cn＋1。一位全加器真值表XnYnCnFnCn＋100000101001110010111011100101001100101119/29/202121二、二进制加法器由真值表可的全加器输出Fn和进位

8、输出Cn＋1的表达式为：Fn=XnYnCn+XnYnCn+XnYnCn+XnYnCnCn＋1=XnYnCn+XnYnCn+XnYnCn+XnYnCn化简可得：Fn=Xn⊕Yn⊕CnCn＋1=XnYn+（Xn＋Yn）Cn=XnYn+（Xn⊕Yn）Cn9/29/202122一位全加器逻辑电路一