计算机组成原理补充知识：门电路
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告实验目的，通过本次实验，深入了解计算机组成原理的相关知识，掌握计算机硬件的基本组成和工作原理。
实验一，逻辑门电路实验。
在本次实验中，我们学习了逻辑门电路的基本原理和实现方法。
逻辑门电路是计算机中最基本的组成部分，通过逻辑门电路可以实现各种逻辑运算，如与门、或门、非门等。
在实验中，我们通过搭建逻辑门电路并进行实际操作，深入理解了逻辑门的工作原理和逻辑运算的实现过程。
实验二，寄存器和计数器实验。
在本次实验中，我们学习了寄存器和计数器的原理和应用。
寄存器是计算机中用于存储数据的重要部件，而计数器则用于实现计数功能。
通过实验操作，我们深入了解了寄存器和计数器的内部结构和工作原理，掌握了它们在计算机中的应用方法。
实验三，存储器实验。
在实验三中，我们学习了存储器的原理和分类，了解了不同类型的存储器在计算机中的作用和应用。
通过实验操作，我们进一步加深了对存储器的认识，掌握了存储器的读写操作和数据传输原理。
实验四，指令系统实验。
在本次实验中，我们学习了计算机的指令系统，了解了指令的格式和执行过程。
通过实验操作，我们掌握了指令的编写和执行方法，加深了对指令系统的理解和应用。
实验五，CPU实验。
在实验五中，我们深入了解了计算机的中央处理器（CPU）的工作原理和结构。
通过实验操作，我们学习了CPU的各个部件的功能和相互之间的协作关系，掌握了CPU的工作过程和运行原理。
实验六，总线实验。
在本次实验中，我们学习了计算机的总线结构和工作原理。
通过实验操作，我们了解了总线的分类和各种总线的功能，掌握了总线的数据传输方式和时序控制方法。
结论：通过本次实验，我们深入了解了计算机组成原理的相关知识，掌握了计算机硬件的基本组成和工作原理。
通过实验操作，我们加深了对逻辑门电路、寄存器、计数器、存储器、指令系统、CPU和总线的理解，为进一步学习和研究计算机组成原理奠定了坚实的基础。
希望通过不断的实践和学习，能够更深入地理解和应用计算机组成原理的知识。
什么是逻辑门电路常见的逻辑门有哪些
什么是逻辑门电路常见的逻辑门有哪些逻辑门电路是现代电子电路中常见的一种技术组件，在计算机科学和电子工程领域中扮演着重要的角色。
本文将介绍逻辑门电路的概念以及常见的逻辑门类型。
一、什么是逻辑门电路逻辑门电路是一种由逻辑门组成的电子电路，用于执行逻辑运算。
逻辑门是一个具有一个或多个逻辑输入和一个逻辑输出的设备，它根据输入信号的逻辑状态（通常是高电平或低电平）产生相应的输出信号。
逻辑门电路由多个逻辑门组成，通过逻辑门之间的连接和组合，可以实现复杂的逻辑运算和控制功能。
逻辑门电路广泛应用于数字电子系统，如计算机、手机、数码电视等。
二、常见的逻辑门类型1. 与门（AND Gate）与门是最基本的逻辑门之一，它具有两个或多个输入端和一个输出端。
当所有输入端都为高电平时，输出端才为高电平；只要有一个输入端为低电平，输出端就为低电平。
与门的符号通常用一个圆圈表示，并在圆圈内部标注与门的名称和输入端的数量。
例如，一个具有两个输入端的与门的符号为： |───|AND|───|2. 或门（OR Gate）或门是另一个常见的逻辑门，在多个输入端中只要有一个为高电平时，输出端就为高电平；只有所有输入端都为低电平时，输出端才为低电平。
或门的符号通常用一个“＋”符号表示，并在符号上标注或门的名称和输入端的数量。
例如，一个具有三个输入端的或门的符号为： ___───| OR |───___3. 非门（NOT Gate）非门也被称为反相器，它只有一个输入端和一个输出端。
非门的输出与输入电平相反，即当输入端为高电平时，输出端为低电平；当输入端为低电平时，输出端为高电平。
非门的符号通常用一个小圆圈表示，并在圆圈内部标注非门的名称。
例如，一个非门的符号为：|───|NOT|───|4. 异或门（XOR Gate）异或门是逻辑门中的一种特殊类型，它具有两个输入端和一个输出端。
当两个输入端的电平相同时，输出端为低电平；当两个输入端的电平不同时，输出端为高电平。
电路-门电路和组合逻辑电路
03
门电路的特性
门电路具有输入和输出两个端子，输入信号通过内部逻辑运算得到输出
信号。门电路的特性包括逻辑功能、输入电阻、输出电阻和扇入扇出能
力等。
组合逻辑电路设计
组合逻辑电路
组合逻辑电路由门电路组成，用于实现一组特定的逻辑功能。常见 的组合逻辑电路有编码器、译码器、多路选择器等。
组合逻辑电路设计步骤
波形图分析法
总结词
通过观察信号波形的变化，分析电路的 输入输出关系和信号处理过程。
VS
详细描述
波形图分析法主要用于模拟电路的分析。 通过观察信号波形的形状、幅度、频率等 参数，分析电路对信号的处理过程，如放 大、滤波、调制等。同时，通过比较输入 输出信号的波形，可以理解电路的输入输 出关系和工作原理。
态图等描述电路功能的工具。
04
电路设计方法
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
门电路设计
01
门电路
门电路是数字电路的基本单元，用于实现逻辑运算。常见的门电路有与
门、或门、非门等。
02
门电路设计步骤
根据逻辑需求，选择合适的门电路类型，确定输入和输出信号，然后根
据逻辑关系连接门电路。
逻辑关系
每种类型的门电路都有特定的逻辑关系，例如与门在所有输入为 高电平时输出为高电平，否则输出为低电平。
门电路的应用
01
基本逻辑运算
门电路是实现基本逻辑运算的电 子元件，广泛应用于数字电路和 计算机中。
控制电路
02
03
信号转换
门电路可以用于控制其他电路的 工作状态，实现复杂的控制逻辑。
门电路可以将模拟信号转换为数 字信号，或者将数字信号转换为 模拟信号。
数电第三章门电路
§3.4 TTL门电路
数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个 完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。 使用时接：电源、输入和输出。数字集成电 路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价 格便宜的特点。
TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶 体管，称之为: Transistor— Transistor Logic。
输出高电平
UOH (3.4V)
u0(V)
UOH
“1”
输出低电平
u0(V)
UOL
UOL (0.3V)
1
(0.3V)
2 3 ui(V)
1 2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性 28
1、输出高电平UOH、输出低电平UOL UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。 典型值UOH=3.4V UOL 0.3V 。
uA t
uF
截止区： UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 ——C、 E间相当于开关断开。
+ucc
t
4
0.3V
3.2.3MOS管的开关特 恒流区：UGS>>Uth ， UDS
性： +VDD
0V ——D、S间相当于 开关闭合。
R
uI
Uo
Ui
NMO S
uO
夹断区： UGS< Uth， ID=0 ——D、S间相当于开关断开。
3.3.4 其它门电路
一、 其它门电路
其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等,比如：
二、 门电路的“封锁”和“打开”问题
A B
&
Y
C
当C=1时，Y=AB.1=AB
计算机组成原理补充知识：门电路
0 &
1 1
0 A
1
0
1
1
0
B
1 C
21
Ai Bi Ci 1
Ci Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1
Ai Bi Bi Ci 1 Ai Ci 1
16
AiBi Ci-1
&
Si Ai Bi Ci 1 Ci Ai Bi BiCi 1 AiCi 1
A B C
上海交大：
+
“或”门
1
“或非” 门逻辑状态表 Y A B C Y 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
10
“非”门
A B C
+
Y
“或非”门
逻辑表达式：
Y=A+B+C
有“1”出“0”，全“0”出 “1”
上海交大：
例：根据输入波形画出输出波形 + A A & Y1 B B
A B Y1 Y2
Y2
有“1” 0”出“1” 0”，全“0” 1”出 “0” 1”
11
上海交大：
补充三、加法器
加法器: 实现二进制加法运算的电路 如：
要考虑低位 来的进位
0 0 0 1
全加器实现
+ 0 0 1 1
进位
1 1 0 1 0 0
19
上海交大：
写出逻辑表达式
Y0=A B C Y2=A B C Y4=A BC Y6=A B C
Y1=A B C Y3=A B C Y5=A B C Y7=A B C
计算机组成原理3
A(A＋B) 0 0 1 1
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
A B
AB 与 A B
AB
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
AB
AB
1 0 0 0
1 0 0 0
1 1 1 0
1 1 1 0
计算机组成原理
13
逻辑代数的基本定理
代入定理
A＋B A B
A (D C) A (D C) A D C
逻辑门电路
1．介绍基本门电路的概念 2．将讨论数字集成电路的几种主要类型,重点是 双极型TTL集成门电路 3 ．MOS型数字集成电路
计算机组成原理
15
一、与门
电路工作原理、逻辑符号
VCC +6V
R 3.9k A 3V 0V B D1 F 3.7V D2 0.7V 0 0 3 3
电位关系
输入
VA（V）
VCC G B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
A1
B1
… …
A8 B8
DIR 1
0 0
DIR
0
G
29
MOS逻辑门
作为开关应用的MOS管 NMOS管开关
VDD
A=0，开关断开，F=1，图a A=1，开关闭和，F=0，图b VDD F D vO
VDD
F D vO
G S 图b
D
A
vI
R2 T
2
C
VO F 2 T5
F=F1 F2 = AB· CD
= AB ＋CD
23
R3
计算机组成原理
2、实现电平转换
VCC (10V) RL A B
基本逻辑门电路
第一节基本逻辑门电路1、1 门电路的概念:实现基本与常用逻辑运算的电子电路,叫逻辑门电路。
实现与运算的叫与门,实现或运算的叫或门,实现非运算的叫非门,也叫做反相器,等等(用逻辑1表示高电平;用逻辑0表示低电平)11、2 与门:逻辑表达式F＝A B即只有当输入端A与B均为1时,输出端Y才为1,不然Y为0、与门的常用芯片型号有:74LS08,74LS09等、11、3 或门: 逻辑表达式F＝A+ B即当输入端A与B有一个为1时,输出端Y即为1,所以输入端A与B均为0时,Y才会为O、或门的常用芯片型号有:74LS32等、11、4.非门逻辑表达式F=A即输出端总就是与输入端相反、非门的常用芯片型号有:74LS04,74LS05,74LS06,74LS14等、11、5.与非门逻辑表达式 F=AB即只有当所有输入端A与B均为1时,输出端Y才为0,不然Y为1、与非门的常用芯片型号有:74LS00,74LS03,74S31,74LS132等、11、6.或非门: 逻辑表达式 F=A+B即只要输入端A与B中有一个为1时,输出端Y即为0、所以输入端A与B均为0时,Y才会为1、或非门常见的芯片型号有:74LS02等、11、7.同或门: 逻辑表达式F=A B+A BAFB11、8、异或门:逻辑表达式F=A B+A B=1FB11、9、与或非门:逻辑表逻辑表达式F=AB+CDABC F11、10、RS触发器:电路结构把两个与非门G1、G2的输入、输出端交叉连接,即可构成基本RS触发器,其逻辑电路如图7.2.1、(a)所示。
它有两个输入端R、S与两个输出端Q、Q。
工作原理 :基本RS触发器的逻辑方程为:根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系:1、当R=1、S=0时,则Q=0,Q=1,触发器置1。
2、当R=0、S=1时,则Q=1,Q=0,触发器置0。
=1＆≥1如上所述,当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时,它的两个输出端Q与Q有两种互补的稳定状态。
门电路及组合逻辑电路
6
0110 1001 0101 1100
7
0111 1010 0100 1101
8
1000 1011 1100 1110
9
1001 1100 1101 1111
权 8421
2421
5421 码
0000 0001 0010 0011 0100 1000 1001 1010 1011 1100 5421
二、复合逻辑运算
1．与非 —— 由与运算 和 非运算组合而 成。
2．或非 —— 由或运算和 非运算组合 而成。
“与非”真值
表 输入
输出
A
B
L
A
0
0
1
0
1
1
B
1
0
1
1
1
0
& L=A·B
“或非”真值Leabharlann 表 输入输出A
B
L
A
≥1
0
0
1
0
1
0
B
1
0
0
1
1
0
L=A+B
3、与或非门 由与门、或门和非门构成与或非门。
逻辑与（逻辑乘）的运算规则为：
+VCC （ +5V）
L=AB
R
D1
3kΩ
000 010 100 111 A
L
D2
与门的输入端可以有多个。下图为一 B
个三输入与门电路的输入信号A、B、
与门电路
C和输出信号F的波形图。
A B C F
2．或运算
A
B
V
L
A
≥1
L=A+B
B
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
不考虑低位 来的进位 半加器实现
12
1 半加器
上海交大：
半加：实现两个一位二进制数相加，不考虑来 自低位的进位。 半加器： 两个输入 A B S C 逻辑符号： A B 表示两个同位相加的数
两个输出
表示半加和
表示向高位的进位 CO S C
13
上海交大：
半加器逻辑状态表 A B 0 0 0 1 1 0 1 1 S 0 1 1 0 C 0 0 0 1 A
上海交大：
1
“与非” 门逻辑状态表 Y A B C Y 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
9
“非”门 &
A B C
Y
“与非”门
逻辑表达式：
Y=A B C
有“0”出“1”，全“1”出 “0”
2.“或非” 门电路
3. “或” 门电路
逻辑表达式： Y=A+B+C “或” 门逻辑状态表 A B C Y 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1
6
即：有“1”出“1”， 全“0”出“0”
逻辑符号： A + B C
Y
上海交大：
4. “非” 门电路
逻辑表达式：Y=A “非” 门逻辑状态表
A 0 1 Y 1 0
逻辑符号
A
1
Y
7
上海交大：
5. “异或” 门电路
逻辑表达式：
Y A B
真值表 A B 0 0 1 1 0 1 0 1
Y 0 1 1 0
即：不同出“1”， 相同出“0”
逻辑符号：
A B
Y
8
补充二、基本逻辑门电路的组合 1.“与非” 门电路 A & B C “与”门
A + 220V
B
真值表 A B 0 0 1 1 0 1 0 1
Y 0 1 1 1
Y
-
逻辑表达式： Y = A + B “或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一 具备时，该事件就发生。
3
上海交大：
例3. “非”逻辑关系
状态表
逻辑表达式：Y = A
A 0 1
Y 1 0
“非”逻辑关系是否定或相反的意思。
Ai Bi Ci 1
Ci Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1
Ai Bi Bi Ci 1 Ai Ci 1
16
AiBi Ci-1
&
Si Ai Bi Ci 1 Ci Ai Bi BiCi 1 AiCi 1
上海交大：
补充一、逻辑门电路的基本概念
1、逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。 用以实现逻辑关系的电子电路。 所谓门就是一种开关，它能按照一定的条 件去控制信号的通过或不通过。
门电路主要有：与门、或门、非门、与非 门、或非门、异或门等。
它的输入和输出信号都是用电位的高低表
示。
1
上海交大：
例1. “与”逻辑关系
A B + 220V -
A Y 0 0 1 1
状态表 B 0 1 0 1
Y 0 0 0 1
逻辑表达式： Y = A • B
“与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部 具备时，该事件才发生。 设：开关断开、灯不亮用逻辑 “0”表示，开关 闭合、灯亮用 逻辑“1”表示。
2
上海交大：
例2. “或”逻辑关系
上海交大：
例：根据输入波形画出输出波形 + A A & Y1 B B
A B Y1 Y2
Y2
有“1” 0”出“1” 0”，全“0” 1”出 “0” 1”
11
上海交大：
补充三、加法器
加法器: 实现二进制加法运算的电路 如：
要考虑低位 来的进位
0 0 0 1
全加器实现
+ 0 0 1 1
进位
1 1 0 1 0 0
上海交大：
& &
+
Ci
=1 逻辑图
Si
17
上海交大：
3 译码器
译码将代码的组合译成一个特定的输出信号。
二 进 制 代 码
3位 译码器
8个
高 低 电 平 信 号
18
上海交大：
例：三位二进制译码器（输出高电平有效） 状 态 表 输 入 输 出 A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
15
上海交大：
Ai Bi Ci-1 Si Ci 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 (2) 写出逻辑式 1 1 1 1 1 Si Ai Bi Ci 1 Ai BiCi 1 Ai BiCi 1 Ai Bi Ci 1 (1) 列逻辑状态表
0 &
1 1
0 A
1
0
1
1
0
B
1 C
21
19
上海交大：
写出逻辑表达式
Y0=A B C Y2=A B C Y4=A BC Y6=A B C
Y1=A B C Y3=A B C Y5=A B C Y7=A B C
20
逻辑图 Y0 Y1
0 &
A A B B C C
上海交大：
Y2 0 &
Y3 1 &
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Y4 0 &
Y5 0 &
Y6 0 &
Y7 0 &
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1
B
.
.
&
S
C
逻辑表达式
逻辑图
C AB
S AB A B A B C AB
14
2 全加器
上海交大：
全加：实现两个一位二进制数相加，且考虑来 自低位的进位。 全加器： Ai 表示两个同位相加的数 输入 B
i
Ci-1
输出 Si Ci
表示低位来的进位
表示本位和
表示向高位的进位 逻辑符号： Ai Si Bi CO Ci Ci-1 CI
A B C
上海交大：
+
“或”门
1
“或非” 门逻辑状态表 Y A B C Y 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
10
“非”门
A B C
+
Y
“或非”门
逻辑表达式：
Y=A+B+C
有“1”出“0”，全“0”出 “1”
4
上海交大：
2. “与” 门电路
逻辑表达式
Y=A B C
“与” 门逻辑状态表 A B C Y 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
5
即：有“0”出“0”， 全“1”出“1”
逻辑符号 A & B C
Y
上海交大：