第六章逻辑式程序设计语言
软件工程讲义第六章
ENDWHILE; 2.1、2.2、2.4已能用程序语言表达，只需对2.3进一步精细化。 为了处理60个数据，又需一循环结构。
引入分钟值变量：minutes，每分钟要做的工作是： 累计：求每小时的平均值 检查违章情况 为了累计，引入变量sum： 在每小时处理前设初值为0。 每小时处理后求平均值。
3、自顶向下的程序验证。
2019年11月26日星期二
西南交通大学信息科学与技术学院
结构化程序设计的核心内容
二、使用三种基本控制结构来构造程序 1、任何程序都由顺序、选择和重复三种基本控制结构构造。 顺序实现了任何算法规约中的核心处理步骤； 条件允许根据逻辑情况选择处理方式； 重复提供了循环。 这些逻辑元素是结构化程序设计的基础。
BEGIN
1. 设置初值；
2. 处理24小时数据；
END
求精步骤1：设置初值。开始时一般不明确为哪些变量赋初值。
求精步骤2：计算结果是以小时为统计单位输出，它是重复执行24次的
循环结构。
局部数据结构设计：数据输入的方案选择：
1、处理前读入所有24小时数据，共1440个，需要大一个大的数组。
2、每次计算输入一个数据，这要保证对先前输入的数据不再使用。
ENDWHILE;
Mean:=sum/60.0; 一次违章出现是指连续5次污染值超过10.00。如果违章分布在两个相间的时 间段上，则把这次违章算在下一小时上。 首先测试当前值是否超过10.00，若是，还将进一步检查是否连续出现5次。 为了实现第二个测试，需要两个计数器： Voilation：计数本小时出现的违章次数。 Infraction:计数连续出现超过正常值的次数。 每次超正常值出现时，Infraction增1。为了保证Infraction表示连续出现超正 常值，必须保证在第一次出现超正常值时其初值为0。为了保证相继两个小时的 Infraction的值能连续被使用，在每小时处理前不能为Infraction置0值，只能在 第一小时处理前置0。另外，在发现一次未超正常值时，也应置它为0，即连续 出现超正常值中断。
北京邮电大学数字电路与逻辑设计本科课件 第六章
Q0
1
C1
R
（1）74161：4位同 D0
& G9
& 1K
步二进制计数器。 功能：二进制加法
G5
& G10G17
FF1 & 1J
Q1
&
1
C1
R
计数、预置数、保持、D1
异步清零等。
CP
1 G2
计数脉冲
G6
& G11
& G12G18
& 1K
FF2 & 1J
Q2
&
1
C1
R
LOAD 为预置数控 D2
制端；
RD
(3)复位功能 复位也称为“清零”，将计数器的状态恢复到0状
态。复位是由复位控制端来控制。复位也分异步复
位和同步复位，异步复位不受时钟的控制，同步复
位除需要复位信号有效外，还必须在时钟的有效边 沿到来才能实现复位。
(4)进位(借位)功能 同步计数器可以有进位(借位)输出信号功能。当计
数器进入最大状态（例如输出全1），会产生进位输 出；或者当减法计数进入最小状态（输出全0），会 产生借位输出。进位／借位输出一般都是宽度等于 一个周期的脉冲，但是，脉冲的极性(正脉冲或负脉 冲)则要取决于具体的芯片，可从手册中的描述或功 能表中获得。
CKB的时钟），实现8421码十进制异步计数；
4.从CKB输入外部时钟，且 QD接到CKA，实现5421
码十进制异步计数。QA
QB
QC
QD
1J SD
C1
1KRD
1J C1
1KRD
1J C1
1KRD
& SD
数字电子技术基础-第六章_时序逻辑电路(完整版)
T0 1
行修改，在0000 时减“1”后跳变 T1 Q0 Q0(Q3Q2Q1)
为1001，然后按
二进制减法计数
就行了。T2 Q1Q0 Q1Q0 (Q1Q2Q3 )
T3 Q2Q1Q0
50
能自启动
47
•时序图 5
分 频
10 分 频c
0
t
48
器件实例：74 160
CLK RD LD EP ET 工作状态 X 0 X X X 置 0（异步） 1 0 X X 预置数（同步） X 1 1 0 1 保持（包括C） X 1 1 X 0 保持（C=0） 1 1 1 1 计数
49
②减法计数器
基本原理：对二进 制减法计数器进
——74LS193
异步置数 异步清零
44
（采用T’触发器，即T=1）
CLKi
CLKU
i 1
Qj
j0
CLKD
i 1
Qj
j0
CLK0 CLKU CLKD
CLK 2 CLKU Q1Q0 CLK DQ1Q0
45
2. 同步十进制计数器 ①加法计数器
基本原理：在四位二进制 计数器基础上修改，当计 到1001时，则下一个CLK 电路状态回到0000。
EP ET 工作状态
X 0 X X X 置 0（异步）
1 0 X X 预置数（同步）
X 1 1 0 1 保持（包括C）
X 1 1 X 0 保持（C=0）
1 1 1 1 计数
39
同步二进制减法计数器 原理：根据二进制减法运算 规则可知：在多位二进制数 末位减1，若第i位以下皆为 0时，则第i位应翻转。
Y Q2Q3
简述程序设计语言的含义及分类
简述程序设计语言的含义及分类
程序设计语言是一种用于描述计算机程序的形式化语言。
它是计算机与程序员之间进行交流的媒介，通过编写程序语句，程序员可以向计算机传达特定的指令和逻辑。
程序设计语言可以分为多种类型，主要包括低级语言和高级语言。
一、低级语言：
1机器语言：机器语言是计算机可以直接执行的语言，它使用二进制代码表示指令和数据。
每个机器语言都是特定计算机架构的底层指令集。
2汇编语言：汇编语言是机器语言的助记符表示法，使用助记符代替二进制代码。
每个助记符通常对应一条机器语言指令。
二、高级语言：
1命令式语言：命令式语言强调如何执行任务，其中包括过程式语言和面向对象语言。
2过程式语言：使用过程（子程序、函数等）来组织代码，如C、Fortran。
3面向对象语言：以对象为基本单元，通过类和对象的概念组织代码，如Java、C++。
4声明式语言：声明式语言强调描述任务的目标，而不是详细说明如何执行，其中包括函数式语言和逻辑式语言。
5函数式语言：侧重于函数的应用和组合，如Haskell、Scala。
6逻辑式语言：基于数理逻辑进行编程，如Prolog。
7脚本语言：脚本语言通常是解释执行的，不需要编译成机器代码。
它们包括Python、JavaScript、Ruby等。
8并发编程语言：专门用于处理并发性和并行性问题，如Erlang、Go。
9领域特定语言（DSL）：针对特定领域的需求而设计的语言，如SQL用于数据库查询。
程序设计语言的选择取决于任务的性质、开发者的偏好以及项目的要求。
每种语言都有其独特的优势和适用场景。
第六章 时序逻辑电路
Y Q* 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1
0 0 1 0 0
图6.2.2
6.2.时序逻辑电路的分析方法
三、时序图： 在时钟脉冲 序列的作用下， 电路的状态、输 出状态随时间变 化的波形叫做时 序图。由状态转 换表或状态转换 图可得图6.2.3所 示 图6.2.3
6.2.时序逻辑电路的分析方法
K1 1
6.2.时序逻辑电路的分析方法
（2) 状态方程：
JK触发器的特性方程
Q J Q K Q
*
将驱动方程代入JK触发器的特性方程中，得出电 路的状态方程，即
K1 1 J 1 ( Q 2 Q 3 ) , K 2 ( Q 1Q 3 ) J 2 Q1 , J QQ , K 3 Q2 1 2 3
设初态Q3Q2Q1=000，由状态方程可得：
CLK Q3 Q2 Q1 Q *3 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 1 0 0 3 4 5 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0
Q *2 Q *1 Y 0 1 0
Q 1 * ( Q 2 Q 3 ) Q 1 Q 2 * Q 1 Q 2 Q 1Q 3 Q 2 Q * Q Q Q Q Q 1 2 3 2 3 3
1 1 0 0 1 0 0
0 1 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 1 1
由状态转换表可知，为七进制加法计数器，Y为进位 脉冲的输出端。
6.2.时序逻辑电路的分析方法
二、状态转换图： 将状态转换表以图形的方式 直观表示出来，即为状态转换图 由状态转换表可得状态转换图 如图6.2.2所示
CLK Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 4 5 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1
6doc-第六章 采用中、大规模集成电路的逻辑设计
第六章 采用中、大规模集成电路的逻辑设计 教学重点：在了解典型中、大规模集成电路逻辑功能的基础上，掌握现代逻辑设计的方向。
教学难点：采用双向移位寄存器设计的计数器的“模”的概念。
6．1二进制并行加法器(四位超前进位加法器74283)介绍能提高运算速度的四位超前进位加法器74283。
对于这些集成电路，主要是掌握它的外部功能，以便设计成其它逻辑电路。
对内部逻辑电路只作一般了解。
四位超前进位加法器74283是中规模集成电路的组合逻辑部件。
74283引脚较少，输入端为被加数和加数共8个，另一个从低位来的进位端1个。
输出端5个，其中4个为和数端，1个为向高位的进位端。
这两个进位端可用来扩展容量。
功能：对被加数和加数作二进制数的加法运算，运算结果为二进制数，亦可看成代码。
例6.1 用四位二进制加法器74283设计一个四位加法/减法器。
●逻辑符号内的引脚符号与外部电路的输入到引脚的信号要加以区别。
设计思路：两数做加法时，信号直接加到引脚；做减法时先把减数连同符号位按位求反，同时从低位来的进位端置1，即变成补码信号后再加到引脚，把减法转化为加法。
设计方法：在加数的每个引脚端前接一个异或门输出端，异或门的两个输入端一个接加数或减数的输入信号，另一个接加、减法控制信号，低位来的进位端连接这控制端。
当控制端信号为1时，输入信号通过异或门后变反，故作减法运算；当控制端信号为0时，输入信号通过异或门后不变，故作加法运算。
所设计的逻辑电路图见P196图6.3。
例6.2 用四位二进制加法器74283设计一个将8421BCD 码转换成余3码的代码转换电路。
设计思路和方法：余3码是从8421BCD 码加3后实现的，故在被加数端接入8421BCD 码信号后，可直接在加数信号输入端接0011信号即可。
这时和数输出端就输出余3码。
●注意：从低位来的进位端应置0，不能悬空(因悬空的效果是高电平1)。
所设计的逻辑电路图见P196图6.4。
数电第六章时序逻辑电路
• 根据简化的状态转换图，对状态进行编码，画出编码形式 的状态图或状态表
• 选择触发器的类型和个数 • 求电路的输出方程及各触发器的驱动方程 • 画逻辑电路图，并检查电路的自启动能力 EWB
典型时序逻辑集成电路
• 寄存器和移位寄存器 – 寄存器 – 移位寄存器 –集成移位寄存器及其应用 • 计数器 – 计数器的定义和分类 – 常用集成计数器 • 74LVC161 • 74HC/HCT390 • 74HC/HCT4017 – 应用 • 计数器的级联 • 组成任意进制计数器 • 组成分频器 • 组成序列信号发生器和脉冲分配器
– 各触发器的特性方程组：Q n1 J Q n KQ n CP
2. 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组
n n FF0：Q0 1 Q 0 CP n n n FF1：Q1 1 A Q0 Q1 CP
同步时序逻辑电路分析举例(例6.2.2C)
分析时序逻辑电路的一般步骤
• 根据给定的时序电路图写方程式 – 各触发器的时钟信号CP的逻辑表达式(同步、异步之分) – 时序电路的输出方程组 – 各触发器的驱动（激励）方程组 • 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组 • 根据状态方程组和输出方程组,列出该时序电路的状态 表,画状态图或时序图 • 判断、总结该时序电路的逻辑功能
• 电路中存在反馈
驱动方程、激励方程: E F2 ( I , Q )
状态方程 : Q n1 F3 ( E , Q n ) • 电路状态由当前输入信号和前一时刻的状态共同决定
• 分为同步时序电路和异步时序电路两大类
什么是组合逻辑电路?
第6章程序设计语言习题与答案
第六章习题（1）复习题1、简述自然语言与形式语言的概念以及区别、汇编语言与机器语言的概念及区别。
自然语言是某一社会发展中形成的一种民族语言，而形式语言是进行形式化工作的元语言，它是以数学和数理逻辑为基础的科学语言。
用机器指令形式编写的程序称为机器语言，用带符号或助记符的指令和地址代替二进制代码成为语言进化的目标。
这些使用助记符语言的语言后来就被称之为汇编语言。
（P135P136）2、什么是高级程序设计语言？它有什么特点？高级语言是汇编语言的一种抽象。
高级语言的设计目标就是使程序员摆脱汇编语言细节的繁琐。
高级语言同汇编语言都有一个共性，那就是：它们必须被转化为机器语言，这个转化的过程称为解释或编译。
（1）高级语言接近算法语言，易学、易掌握；（2）高级语言设计出来的程序可读性好，可维护性强，可靠性高；（3）高级语言与具体的计算机硬件关系不大，其程序可移植性好，重用率高；（4）高级语言自动化程度高，开发周期短，利于提高程序的质量。
（P138）3、列举程序设计语言的几种范型。
程序语言大致分为命令式程序设计语言、面向对象的程序设计语言、函数式程序设计语言和逻辑型程序设计语言等范型。
（P138-140）4、简述语言虚拟机。
提示：语言虚拟机是某种语言的解释器。
语言虚拟机是建立在硬件和操作系统之上，针对不同的硬件和操作系统有不同的虚拟机，通过语言虚拟机屏蔽掉硬件的差异。
这样使得硬件系统能够支持这种语言编写的程序的有效执行。
目前最流行的语言虚拟机是Java虚拟机。
（P147）5、计算机执行用高级语言编写的程序有哪些途径？它们之间的主要区别是什么？提示：主要有编译、解释等方式，也有两种方式的混合使用的形式。
编译是使用编译器将高级语言编写的源程序转换成计算机可以执行的机器语言可执行程序，也可以理解为用编译器产生可执行程序的动作。
编译方式是一次编译，然后执行程序可以反复多次执行。
解释是另一种将高级语言转换为可执行程序的方式。
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Xnot odd(X)
[1]
Xnot odd(X)
[2]
Xnot(X+2*Y+1→odd(X))
[3]
Xnot(X=2*Y+1) or odd (X)) [4]
X((X=2*Y+1) and not odd(X)) [5] XY not divide (X，3，Y，0) [6] XY not divide (X，3，Y，0) [7] XY not divide (X，3，Y，0) [8]
6.2 自动定理证明
• 证明系统
事实即证明系统中的公理(axioms) 证明系统(proof system)是应用公理演绎出定理
(theorems)的合法演绎规则的集合 演绎也叫归约(deduction)，是对证明系统中合法
推理规则的一次应用 演绎从公理导出结论(conclusion)， 中间可利用以
第六章 逻辑式程序设计语言
逻辑式语言基本形式：用一种符号逻辑作为程序 设计语言来进行程序设计，通常称为逻辑程序设 计语言，或声明性语言
第六章 逻辑式程序设计语言
• 程序要对数据结构实施某个算法过程，算法实现 计算逻辑
算法 = 逻辑 + 控制
• 逻辑程序设计的基本观点是程序描述的是数据对 象之间的关系。关系也是联系。
(a2)
2=1+1
(a3)
从间隔数公理可导出定理:
谓词演算的等价变换
一般谓词公式变换为子句的实例。‘┠’号为 “可推出” [1]以∧，∨， 消除→、<=>符号 [2]化为前束范式,消除最外的符号,否定符号内移
(XP(X)┠ X( p(X)) [3]用斯柯林变换消去存在量词
X(a ( X) ∧ b(X) ∨Y c (X，Y)) ┠ X(a (X) ∧ b(X) ∨ c (X， g(X))) [4] 消除前束范式的全称量词 ┠ a(X) ∧ b(X) ∨ c (X，g(X))
• 从某一公理集合导出的所有定理集合称为理论 (theory)
• 模型
从公理集合中导出定理集称之为理论，有了理论 我们要解释它的语义必须借助某个模型(model)。因 为形式系统只是符号抽象，借助模型我们可为每个常 量、函数、谓词符号找到真理性的解释。即定义每个 论域，并表明域上成员和常量公理之间的关系。
结果值
False Ture True N未例化， 不知真假
谓词的量化 量化谓词
Xodd(X)
Xodd(X)
X(X=2*Y+1→odd (X)) XYdivide (X，3，Y，0) XYdivide (X，3，Y，0) XYdivide (X，3，Y，0)
结果值
False True True True， 如X =3，Y=1 False False，
这些规则演绎出的定理
证明(proof)是个语句序列， 以每个语句得到证明而 结束， 即每个句子要么演绎成公理， 要么演绎成前 此导出的定理
• 一个证明若有N个语句(命题)则称N步证明 • 反驳(refutation)是一个语句的反向证明。 它证明
一个语句是矛盾的， 即不合乎给定的公理
• 一个语句若能从公理出发推演出来， 则称合法语 句， 任何合法语句也叫做定理(theorem)
谓词变元的个数称作目(arity)，有单目、N目谓词之称
N-目谓词的例子。
谓词
目
含义
odd(X)
1
X是奇数
father(F，S)
2
F是S的父亲
divide(N，D，Q，R) 4
N除D得商Q和余数R
谓词例化
odd(2) divide (23， 7， 3，2) father (changshan， changping) divide (23， 7， 3， N)
公理集合一般情况下只是定义的部分(偏)函数和 谓词， 是问题域的一个侧面。 所以能满足该理论的 模型往往不止一个。
例 一个最简单的理论
公理集:
Xinterval(X)→not interval (X+1)
(a1)
Xnot interval (X+1)→interval(X)
证明一个全称谓词是比较难的，因为最可靠的证明方法是枚举例 证。 于是采取反证的方法，全称量化的谓词取反
量化谓词 Xodd(X) Xodd(X) X(X=2*Y+1→odd(X))
XY divide (X，3，Y，0) XY divide (X，3，Y，0) XY divide (X，3，Y，0)
取反
[5]用分配率P∨(Q∧R)=(P∨Q)∧(P∨R)化成合取范式
┠ (a(X)∨c(X，g(X)))∧(b(X)∨c(X，g(X))) 经过以上变换,任何一复合公式均可成为如下形式:
F = C1∧C2 ∧…Cn 且其中Ci称为子句 若以';'代'∨'则有: Ci = L1 ∨L2 ∨…Lv = L1;L2;…;Lv 因此，任一公式均可化为'∨'连接的子句的集合
• 对象和对象、对象和属性的联系就是我们所说的 事实。事实之间的关系以规则表述，根据规则找 出合乎逻辑的事实就是推理。
• 逻辑程序设计范型是陈述事实、制定规则，程序 设计就是构造证明。程序的执行就在推理。
6.1谓词演算
谓词演算是符号化事实的形式逻辑系统，它也是逻 辑程序设计语言的模型
– 表示命题 – 表示命题之间的关系 – 描述如何根据假设为真的命题推断出新命题
(2)常量 指明论域上的对象 (3)变量 可束定到特定域上某个范围的对象上 (4)函数 表征对象具有的映射关系 (5)谓词 表征对象某种性质的符号 (6)量词 量词限定的变量名作用域是整个公式 (7) 逻辑操作 and， or， not， →(蕴含) <＝>(全等)
当谓词应用到的变元是常量或已被束定的变量上时，就叫做句子 (sentence)或命题(proposition)
• 谓词演算诸元素 用形式方法研究论域上的对象需要一种语言，它能
表达该域对象具有什么性质(properties)， 以及对象间 有些什么关系(relations)
描述以公式(Formulas)表达。谓词公式中各元素按 一定逻辑规则变换，即谓词演算(predicate calculus)
(1)公式 由一组约定的符号组成的序列，它包括常量、变量、逻 辑连接、命题函数、谓词、量词