计算机组成与结构课件全第2章计算机的逻辑部件.ppt

《计算机组成与结构课件全第2章计算机的逻辑部件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章计算机的逻辑部件本章内容是计算机组成原理的预备性知识包括：一、预备知识二、组合逻辑电路三、时序逻辑电路四、阵列逻辑电路1一、预备知识1、基本知识2、三种基本逻辑操作3、基本门电路4、等效电路21、基本知识半导体：单向导电的物体，可用来实现二极管导体：双向导电的物体；绝缘体：不导电的物体电流方向在半导体基础上经过加工可生成三极管32、三种基本逻辑操作①与全部输入为1时，输出为1，否则为0②或全部输入为0时，输出为0，否则为1③非取相反数43、基本门电路5二、组合逻辑电路定义：逻辑电路的输出状态仅与当时的输入状态有关，与过去的输入

2、状态无关常用的组合逻辑电路有：1、加法器2、算术逻辑单元3、译码器4、数据选择器61、加法器①半加器不考虑进位，两个输入、一个输出用途：求两数相乘除的符号位7半加器的功能表和逻辑图8②全加器带进位的加法器两个输入两个输出9全加器的功能表及逻辑图10将n个全加器相连可得n位加法器，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

3、种加法器为超前进位加法器。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)(

4、X1+Y1)C0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+YiGi=Xi·YiP1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+P1C0C2=G2+P2G1+P2P1C0C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2

5、P1C0四位超前进位加法器2、算术逻辑单元(ALU)能进行32种算术逻辑运算和16种逻辑运算。P31ALU功能表的说明：S0~S3：运算选择控制端，决定电路执行何种运算加：表示算术加+：表示逻辑加M=L：表示执行算术运算M=H：表示执行逻辑运算17补充内容（1）逻辑加——或按位进行或操作（2）逻辑乘——与按位进行与操作例：A=（1010）2，B=（0110）2A+B=（1110）2A•B=（0010）218ALU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SN7418

6、1型四位ALU中规模集成电路来介绍ALU的原理。下图是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辑运算。A3~A0，B3～B0是参加运算的两个数，Cn是ALU的最低位进位输入，F3～F0是运算结果，注脚3表示最高位。四位ALU逻辑图及功能表四位ALU逻辑图及功能表S3S2S1S0正逻辑M=H逻辑运算M=L算术运算C

7、n=1Cn=0LLLLAAA+1LLLHA+BA+B(A+B)加1LLHLA·BA+B(A+B)加1LLHH“0”减1“0”LHLLA·BA加(A·B)A加(A·B)加1LHLHB(A·B)加(A+B)(A·B)加(A+B)加1LHHLABA减B减1A减BLHHHA·B(A·B)减1A·(b)功能表(正逻辑)四位ALU逻辑图及功能表S3S2S1S0正逻辑M=H逻辑运算M=L算术运算Cn=1Cn=0HLLLA+BA加(A·B)A加(A·B)加1HLLHABA加BA加B加1HLHLB(A·B)加(A+B)(A·B)加(A+B)加1HL

8、HHA·B(A·B)减1A·BHHLL“1”A加AA加A加1HHLHA+BA加(A+B)A加(A+B)加1HHHLA+BA加(A+B)A加(A+B)加1HHHHAA减1A(b)功能表(正逻辑)续用4片74181电路可组成16位ALU(