计算机组成原理_第2讲：组合逻辑设计（第3部分）-2张版.pdf

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1、计算机组成原理（2012级）计算机组成原理课程组（刘旭东、肖利民、牛建伟、栾钟治）第二部分：组合逻辑一．逻辑门电路二．布尔代数三．VerilogHDL介绍1.VerilogHDL概述2.VerilogHDL的词法3.VerilogHDL常用语句4.不同抽象级别的VerilogHDL模型四．基本组合逻辑部件设计1.组合逻辑电路设计概述2.运算单元电路3.编码器/译码器4.多路选择器2组合逻辑电路的结构和特点∑数字电路分类：组合逻辑电路和时序逻辑电路∑组合逻辑电路¾是将逻辑门以一定的方式组合在一起，使其具有一定逻辑功能的数字电路。¾是一种无

2、记忆电路——任一时刻的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，而与信号作用前电路原来所处的状态无关。¾常用的组合逻辑电路：算术逻辑运算电路、编码器/译码器、数据选择器、数值比较器、奇偶校验器等X0Y0X1Y1…组合逻辑电路…Xi-1Yj-1∑特点¾由逻辑门电路组成¾输出不能再直接反馈到输入（不能有环路），没有存储电路¾当时的输出仅由当时的输入决定——速度快3组合逻辑电路的表示方法组合逻辑电路的不同表示方法：逻辑图表达式真值表电路功能【例】分析下图电路α=ABββ=αA=ABA&A&&Fγ=αB=ABBBα&γF=βγ=ABA⋅ABB=ABA+

3、ABBABF=(A+B)(A+B)=AB+AB000011101电路功能：异或电路11044组合逻辑电路的设计方法∑组合逻辑电路的设计——根据给定的功能要求，采用某种设计方法，得到满足功能要求且最简单的组合逻辑电路。∑组合逻辑电路的手工设计方法¾逻辑抽象——确定输入、输出变量，分析因果关系，列出真值表¾写出逻辑函数表达式——根据真值表写出逻辑函数的标准表达式¾逻辑化简——用公式化简法化简为最简逻辑函数表达式¾绘逻辑图——根据最简逻辑函数表达式画出原理图逻逻辑辑逻辑表逻辑化简逻辑图问抽达式题象5组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的手工设计

4、方法标准式公式简化表逻真简达逻辑值化式辑问表式转图题卡诺图图形简化换ABCF0000三0010人A表0100F=ABC+ABC+ABC+ABCB&决0111=AB+AC+BC=AB⋅AC⋅BC器1000&&F1011全部用与非1101门实现C&111166组合逻辑电路的自动设计方法∑基于HDL和EDA工具的组合逻辑电路的设计方法¾逻辑抽象——确定输入、输出变量，列出真值表（复杂系统也可不写出真值表，而直接用HDL的系统级描述方式）¾HDL编程——如用case语句、if-else语句，assign语句¾写出逻辑表达式——根据真值表写出逻辑

5、函数的标准表达式∑有3种途径¾逻辑抽象→HDL编程（系统级描述，如用case语句或if-else语句）¾逻辑抽象→写出逻辑函数表达式→HDL编程（算法级描述，assign语句）¾逻辑抽象→写出逻辑函数表达式→绘逻辑图（适于简单电路）（1）HDL编程逻逻设设编辑辑计计程问抽（2）输仿下题象逻辑函数逻辑图入真载表达式（3）7第二部分：组合逻辑一．逻辑门电路二．布尔代数三．VerilogHDL介绍1.VerilogHDL概述2.VerilogHDL的词法3.VerilogHDL常用语句4.不同抽象级别的VerilogHDL模型四．基本组合逻辑

6、部件设计1.组合逻辑电路设计概述2.运算单元电路3.编码器/译码器4.多路选择器8运算单元电路——1位半加器∑算术运算电路是能完成二进制数算术运算的器件∑半加器和全加器是算术运算电路的基本单元电路1、半加器¾半加器——能对两个1位二进制数进行相加求和，并向高位进位的逻辑电路。¾特点：不考虑来自低位的进位。真值表加A=1SO和数BABSOCO0000&CO进位0110AΣSOSO=A⊕B10101101BCOCOCO=AB9运算单元电路——1位全加器1位全加器——能对两个1位二进制数进行相加并考虑低位来的进位、求得和并向高位进位的逻辑电路

7、称为全加器。特点：考虑来自低位的进位的加法运算电路A=1B=1SO真值表CIAΣSOABCISOCOB&CICICOCO00000&CO00110&0101001101SO=A⊕B⊕CICO=(A⊕B)CI+AB10010=(A⊕B)⋅CI+A⊕B⋅CI=(A⊕B)CI⋅AB10101=(AB+AB)CI+(AB+AB)CI=(AB+AB)CI+AB1100111111=ABCI+ABCI+ABCI+ABCI=ABCI+ABCI+AB10运算单元电路——1位全加器的HDL设计——算法级∑方法一：根据全加器的功能列出1位全加器的真值表，由

8、真值表推出输出的逻辑表达式，然后用assign语句建模（算法级描述）SO=ABCI+ABCI+ABCI+ABCI真值表ABCISOCOCO=ABCI+ABCI+ABCI+ABCI00000001101位全加