第二章计算机的逻辑部件ppt课件.ppt

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1、第2章计算机的逻辑部件2.4计算机中常用的组合逻辑电路2.5时序逻辑电路*2.6阵列逻辑电路2.4计算机中常用的组合逻辑电路如果逻辑电路的输出状态仅和当时的输入状态有关，而与过去的输入状态无关，称这种逻辑电路为组合逻辑电路。常见的组合逻辑电路有加法器、算术逻辑单元、译码器、数据选择器等。2.4.1加法器加法器是计算机基本运算部件之一。不考虑进位输入时，两数码Xn，Yn相加称为半加。图2.5(a)是其功能表。图2.5(b)是它的逻辑图。半加器可用反相门及与或非门来实现，也可用异或门来实现。图2.5半加器的功能表和逻辑图Xn，Yn及进位输入Cn-1相加称全

2、加，图2.6(a)是其功能表。由表可得全加和Fn和进位输出Cn的表达式：Fn=Xnnn-1+nYnn-1+nnCn-1+XnYnCn-1(2.13)Cn=XnYnn-1+XnnCn-1+nYnCn-1+XnYnCn-1(2.14)图2.6(b)是其逻辑图。全加器还可用两个半加器来形成。Fn是An、Bn相加再和Cn-1相加的结果(图2.6(c))，其表达式为：Fn=XnYnCn-1(2.15)图2.6全加器的功能表及逻辑图将n个全加器相连可得n位加法器(图2.7)，但其加法时间较长。这是因为其位间进位是串行传送的，本位全加和Fi必须等低位进位Ci-1

3、来到后才能进行，加法时间与位数有关。只有改变进位逐位传送的路径，才能提高加法器工作速度。解决办法之一是采用“超前进位产生电路”来同时形成各位进位，从而实现快速加法。我们称这种加法器为超前进位加法器。图2.7串行加法器超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的。只要满足下述两条件中任一个，就可形成C1：(1)X1，Y1均为“1”；(2)X1，Y1任一个为“1”，且进位C0为“1”。由此，可写得C1的表达式为C1=X1Y1+(X1+Y1)C0(2.16)只要满足下述条件中任一个即可形成C2：(1)X2，Y2均为“1”；(2)X2，Y2任一为“1”，且

4、X1，Y1均为“1”；(3)X2，Y2任一为“1”，同时X1，Y1任一为“1”，且C0为“1”。由此可得C2表达式为C2=X2Y2+(X2+Y2)X1Y1+(X2+Y2)(X1+Y1)C0(2.17)同理，可有C3，C4表达式如下：C3=X3Y3+(X3+Y3)X2Y2+(X3+Y3)(X2+Y2)X1Y1+(X3+Y3)(X2+Y2)(X1+Y1)C0(2.18)C4=X4Y4+(X4+Y4)X3Y3+(X4+Y4)(X3+Y3)X2Y2+(X4+Y4)(X3+Y3)(X2+Y2)X1Y1+(X4+Y4)(X3+Y3)(X2+Y2)(X1+Y1)C0

5、(2.19)下面我们引入进位传递函数Pi和进位产生函数Gi的概念。它们的定义为：Pi=Xi+Yi(2.20)Gi=Xi·Yi(2.21)P1的意义是：当X1，Y1中有一个为“1”时，若有进位输入，则本位向高位传送进位，这个进位可看成是低位进位越过本位直接向高位传递的。G1的意义是：当X1，Y1均为“1”时，不管有无进位输入，定会产生向高位的进位。将P1、G1代入C1～C4式，便可得：C1=G1+P1C0(2.22)C2=G2+P2G1+P2P1C0(2.23)C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0(2.24)C4=G4+P4G3+P4P3

6、G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0(2.25)由图2.6(a)可知，当全加器的输入均取反码时，它的输出也均取反码。据此，可把它们以“与非”、“或非”、“与或非”形式改写成如下形式：C1=1+10(2.26)C2=2+21+210(2.27)C3=3+32+321+3210(2.28)C4=4+43+432+4321+43210(2.29)由Pi、Gi定义，也可把半加和改写成以下形式：Hi=PiGi(2.30)根据式(2.26)～(2.29)可画得“超前进位产生电路”及“四位超前进位加法器”的逻辑图如图2.8所示。由图可以看到，只要X1～X4

7、,Y1～Y4和C0同时到来，就可几乎同时形成C1～Ｃ4和F1～F4。图2.8四位超前进位加法器2.4.2算术逻辑单元算术逻辑单元简称ALU,是一种功能较强的组合逻辑电路。它能进行多种算术运算和逻辑运算。ALU的基本逻辑结构是超前进位加法器，它是通过改变加法器的Gi和Pi来获得多种运算能力的。下面通过介绍国际流行的美国SN74181型四位ALU中规模集成电路来介绍ALU的原理。图2.9是SN74181型ALU逻辑图及其在正逻辑下的功能表，在功能表中，“加”表示算术加，“+”表示逻辑加。它能执行16种算术运算和16种逻辑运算，M是状态控制端，当M=H，执行

8、逻辑运算；M=L，执行算术运算，S0~S3是运算选择控制端，它决定电路执行哪种算术运算或哪种逻