计算机组成原理_第2讲：组合逻辑设计（第1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1.门电路概述2.晶体管和MOS管3.逻辑门电路实现二．布尔代数1.逻辑代数基本概念2.逻辑代数的运算法则3.逻辑函数的表达式4.逻辑函数的简化法三．VerilogHDL介绍四．基本组合逻辑部件设计21.1门电路概述——门电路概念与分类∑“门电路”的概念¾门电路：是能实现某种逻辑关系的电路，它是数字电路中的基本逻辑单元电路。¾基本逻辑门：与门、或门、非门¾复合逻辑门：与非门、或非门、与或非门、异或门等。∑逻辑门

2、电路的分类¾分立元件门：由电阻、二极管、三极管等分立元件构成¾集成门：把构成门电路的基本元件制作在一小片半导体芯片上°集成反相器、缓冲器，集成与门、与非门，集成或门、或非门，集成异或门，集成三态门31.1门电路概述——门电路与后续电路的关系∑门电路是组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、存储器的理论基础¾组合逻辑电路是由各种逻辑门以一定的方式组合在一起构成的数字电路。¾触发器是由多个逻辑门（大多是与非门）交叉耦合构成的。¾时序逻辑电路是由组合逻辑电路和触发器构成的。¾存储器主要由地址译码器（逻辑门组合）、存储矩阵（三极管或M

3、OS管）和输出控制电路（三态缓冲器）构成。∑因此，要学好后面的电路，就需要先了解门电路的电路结构、工作原理及逻辑功能4第二部分：组合逻辑一．逻辑门电路1.门电路概述2.晶体管和MOS管3.逻辑门电路实现二．布尔代数1.逻辑代数基本概念2.逻辑代数的运算法则3.逻辑函数的表达式4.逻辑函数的简化法三．VerilogHDL介绍四．基本组合逻辑部件设计51.2晶体管和MOS管——PN结∑PN结概念：将P型半导体和N型半导体制作在一起，由于浓度差的原因，P型半导体的空穴扩散进入N区，与N区的电子复合；N型半导体的电子扩散进入P区，

4、与P区空穴复合，则在两区交界面处形成一个PN结∑PN结特性：在正偏置和反偏置时表现出完全不同的电流属性，即：单向导电性。¾若PN结正向偏置（外部电压的正极接P区，负极接N区），PN结导通¾若PN结反向偏置（外部电压的正极接N区，负极接P区），PN结截止PNPNI多子扩散方向IR少子漂移方向FEE正向偏置外电场方向反向偏置外电场方向61.2晶体管和MOS管——半导体二极管∑半导体二极管实际上就是一个PN结，记作D。∑半导体二极管（晶体二极管）是在PN结两侧的中性区上各引出一个欧姆接触的金属电极构成的。∑二极管按结构分为点接触

5、型、面接触型、平面型二极管。∑按基片材料划分为硅管和锗管。正极引线D触丝+-PN结N型锗支架二极管符号外壳产品外形点接触型二极管的结构负极引线71.2晶体管和MOS管——半导体二极管的开关特性∑半导体器件的开关特性：有导通和截止两种状态，导通状态下允许电信号通过，截止状态下禁止电信号通过。¾静态特性/稳态开关特性：器件稳定在导通和截止两种状态下的特性¾动态特性/瞬态开关特性：器件在状态发生变化过程中的特性∑半导体二极管的开关特性：DiDiD=f（uD）+uD–¾二极管单向导电性：外加正向开启电压导通，反向电压截止——受外加

6、电压极性控制的开关¾二极管的正向开启电压：锗管约为0.2-0.5V；硅管为0.5-0.7V。如无特殊说明，本章中默认为0.7V。¾当加在二极管上的电压UDVD（0.7V）时，二极管导通，而且一旦导通，则UD=VD（0.7V）不变。因此，VD称为钳位电压。¾当二极管的反向电压超过一个阈值(VZ)时，二极管会被击穿，此时二极管上的压降是VZ。81.2晶体管和MOS管——半导体三极管∑半导体三极管又称晶体（三极）管。由两层N型半导体中间夹一层P型半导体（NPN型）或两层P型

7、半导体中间夹一层N型半导体（PNP型）组成。¾半导体三极管的分类硅管按材料划分NPN型锗管按结构划分PNP型高频管大功率管按频率划分低频管按功率划分小功率管放大管按用途划分开关管常用三极管的外形图91.2晶体管和MOS管——NPN型三极管∑结构¾有3个电极，3个区，两个背向的PN结集电极CC集电区IIcbN集电结BT基极BP基区发射极箭头的IeN发射结方向表示发射结正偏时的电流方向E发射区发射极E符号101.2晶体管和MOS管——三极管的3种接法（1）共发射极接法（2）共集电极接法uuououii（3）共基极接法uuio®

8、不同的接法具有不同的电路特性，但管子的工作原理都是相同的。®晶体管共发射极电路放大能力强，也即控制能力强，可用作开关电路。111.2晶体管和MOS管——晶体三极管的稳态开关特性IC饱和区VCC+12VVCC/RCICRVCCCI放大区B+RBBCR+VCTOVCEViIBIEVEO0-ViV截止区CC-