数字逻辑基础-国防科大
国防科大计算机原理
国防科大计算机原理国防科大（National University of Defense Technology）作为我国著名的军事科技院校之一，计算机原理是计算机科学与技术专业的核心课程之一。
本文将简要介绍国防科大计算机原理课程的内容和重要性。
计算机原理旨在向学生提供深入理解计算机硬件结构、工作原理和计算机组成的基础。
通过学习计算机原理，学生将掌握计算机的主要组成部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备和系统总线等。
该课程内容涵盖了计算机原理的基石，包括数字电路和布尔代数、数字信号处理、计算机体系结构、指令执行和流水线设计、存储器层次结构、输入输出系统和总线控制等。
学生将学习到如何使用逻辑门、触发器和多路选择器等基本元件构建数字电路，了解计算机内部数据的表示和处理，以及运算器和控制器的工作原理。
计算机原理课程对于计算机科学与技术专业的学生来说至关重要。
它为学生打下了坚实的计算机硬件基础，帮助他们理解计算机系统如何进行数据存储、处理和传输。
这对于学生深入研究计算机网络、操作系统、编译原理和嵌入式系统等领域具有重要作用。
另外，对于国防科大的学生来说，计算机原理还具有特殊的意义。
国防科大致力于培养高素质的军事科技人才，他们需要具备扎实的计算机科学和技术背景，掌握最先进的计算机系统和技术，以应对军事科技的发展和应用需求。
在实际应用中，计算机原理为学生提供了分析和解决计算机系统问题的能力。
学生将学会如何识别系统中的瓶颈、调试硬件和软件错误，并提出优化计算机系统性能的建议。
总之，国防科大计算机原理课程是一门重要的课程，为学生打下计算机硬件基础并培养解决问题的能力。
这对于他们在军事科技领域取得成就具有重要意义。
《数字逻辑基础》课件
使用逻辑代数公式对逻辑函数进行化简，通过消去多余的项和简化 表达式来得到最简结果。
卡诺图化简法
使用卡诺图对逻辑函数进行化简，通过填1、圈1、划圈和填0的方 法来得到最简结果。
03
组合逻辑电路
组合逻辑电路的分析
组合逻辑电路的输入和输出
分析组合逻辑电路的输入和输出信号，了解它们之间的关系。
交通信号灯控制系统的设计与实现
交通信号灯简介
交通信号灯是一种用于控制交通流量的电子设备，通常设置在路口或 交叉口处。
设计原理
交通信号灯控制系统的设计基于数字逻辑电路和计算机技术，通过检 测交通流量和车流方向来实现信号灯的自动控制。
实现步骤
首先确定系统架构和功能需求，然后选择合适的元件和芯片，接着进 行电路设计和搭建，最后进行测试和调整。
真值表
通过列出输入和输出信号的所有可能组合，构建组合逻辑电路的真值表，以确定输出信 号与输入信号的逻辑关系。
逻辑表达式
根据真值表，推导出组合逻辑电路的逻辑表达式，表示输入和输出信号之间的逻辑关系 。
组合逻辑电路的设计
确定逻辑功能
根据实际需求，确定所需的逻辑功能，如与、或、非等。
设计逻辑表达式
根据确定的逻辑功能，设计相应的逻辑表达式，用于描述输入和 输出信号之间的逻辑关系。
实现电路
根据逻辑表达式，选择合适的门电路实现组合逻辑电路，并完成 电路的物理设计。
常用组合逻辑电路
01
02
03
04
编码器
将输入信号转换为二进制码的 电路，用于信息处理和控制系
统。
译码器
将二进制码转换为输出信号的 电路，用于数据分配和显示系
统。
多路选择器
数字逻辑基础国防科大
3、十六进制
数码为：0～9、A～F；基数是16。 运算规律：逢十六进一。 十六进制数的权展开式：
1.2.2 不同进制之间的转换
1、其他进制数转换成十进制数 将N进制数按权展开，即可以转换为十进制数。
(101.01)B ＝ 1×22 ＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1 ×2－2 ＝(5.25)D
1.3.1 基本逻辑运算 1.3.2 基本定律、公式和常用规则
逻辑代数是按一定的逻辑关系进行运算的代数，是分 析和设计数字电路的数学工具。有与、或、非三种基本逻 辑运算，还有与非、或非、与或非、异或、同或等几种复 合逻辑运算。
逻辑代数中的变量称为逻辑变量，用大写字母表示 。逻辑变量的取值只有两种，即逻辑0和逻辑1，表示两种 对立的逻辑状态。
（1）进位制：多位数码每一位的构成以及从低位 到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。
（2）基 数：进位制的基数，就是在该进位制中 可能用到的数码个数。
（3） 位 权：在某一进位制的数中，每一位的大小 都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固 定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。
1、十进制 数码为：0～9；基数是10。 运算规律：逢十进一，即：9＋1＝10
当决定事件（F）发生的各种条件（A，B)中，只要有一 个或多个条件具备，事件（F）就发生。表达式为：
F＝Ａ+Ｂ
3、非运算Leabharlann 开关接通记作1， 断开记作0； 灯亮记作1，灯灭 记作0。
状态表
真值表
逻辑符号
当决定事件（F）发生的条件（A）满足时，事件不发生 ；条件不满足，事件反而发生。表达式为：
Ｙ＝Ａ
4、常用的逻辑运算 （1）与非运算
数字逻辑基础国防科大
国防科技大学822数字电子技术考试大纲
2019年硕士研究生入学考试自命题科目考试大纲科目代号：822 科目名称：数字电子技术一、考试要求主要考查学生对有关数制和码制的理解，对逻辑代数基础知识的掌握，对TTL和CMOS门电路的理解和掌握，对触发器的认识和运用；用基本理论和方法分析和设计组合和时序逻辑电路的能力；对半导体存储器及简单可编程逻辑器件的理解，对脉冲波形产生和整形电路以及数模/模数电路的理解、掌握和应用。
二、考试内容1、数制与码制几种常用的数制；不同数制间的转换；二进制算术运算；几种常用的编码。
2、逻辑代数基础三种基本逻辑运算；逻辑代数的基本公式、基本定理；逻辑函数及其表示方法；逻辑函数的化简。
3、门电路半导体二极管门电路；CMOS门电路；TTL门电路；TTL电路与CMOS电路的接口。
4、组合逻辑电路组合逻辑电路的分析和设计方法；编码器、译码器、数据选择器、加法器和数值比较器的分析与设计；组合逻辑电路中的竞争-冒险现象。
5、触发器SR锁存器；电平触发、脉冲触发、边沿触发的触发器；触发器的逻辑功能及其描述方法；触发器的动态特性。
6、时序逻辑电路同步和异步时序逻辑电路的分析；寄存器、计数器等若干常用的时序逻辑电路分析；同步时序逻辑电路的设计；时序电路中的竞争-冒险现象。
7、半导体存储器只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）的电路结构和工作原理；用存储器实现组合逻辑函数。
8、简单可编程逻辑器件现场可编程逻辑阵列（FPLA）和可编程阵列逻辑（PAL）的基本原理和应用。
9、脉冲波形的产生和整形施密特触发器；单稳电路；多谐振荡器和555定时器及其应用。
10、数-模和模-数转换权电阻网络、倒T形网络、权电流型D/A转换器；具有双极性输出的D/A 转换器；D/A转换器的转换精度与转换速度；A/D转换的基本原理；采样-保持电路；并联比较型、反馈比较型、双积分型A/D转换器；A/D转换器的转换精度与转换速度。
三、考试形式考试形式为闭卷、笔试，考试时间为3小时，满分150分。
集成电路计算机辅助设计——组合逻辑电路的可综合描述-国防科大
1组合逻辑电路的可综合描述陈海燕计算机学院微电子所627室2主要内容综合的概念组合逻辑电路及其描述方法。
组合逻辑电路可综合描述的常见问题 常用组合逻辑电路的Verilog 描述及其编码风格什么是综合？4不同抽象级别Verilog模型的可综合性 系统级、算法级模型RTL 模型与门级模型对于大规模全系统设计，使用结构级建模非常繁琐。
相当于以前传统设计时的电路原理图。
往往在某些关键路径、关键模块的RTL 模型满足不了设计要求时采用。
RTL 级建模使用简单方便、可读性好，适合大规模数字系统设计；是本课的讨论重点。
5复杂数字系统的构成 复杂数字逻辑：组合逻辑时序逻辑组合逻辑电路是数字系统的基本组件。
组合逻辑电路的结构一般时序电路的结构8组合逻辑电路的传统表示 三种通用表达方法：真值表结构化（门级）原理图 布尔方程式9一位半加器真值表表示一位半加器的门级原理图一位半加器的布尔方程式12Verilog如何描述组合逻辑使用结构建模方式描述门级结构，门实例语句模块实例语句函数与任务模块中描述组合逻辑的语句使用assign描述使用always描述13使用结构建模方式描述门级结构描述多用于描述非常简单的电路结构或某些关键路径、单元、模块。
Verilog定义了12个常见的基本门类型关键字：and ——与门nand ——与非门nor ——或非门or ——或门xor ——异或门xnor ——异或非门not ——非门buf ——缓冲器三态门（bufif0,bufif1,notif0,notif1）通过创建门实例语句建模格式：<门的类型> [<驱动能力><延时>] <门实例1>[,<门实例2>,…,<门实例n>];xor xor1(s1,a,b); and (t3,a,b); or or1(t2,s1,t3);nand #10 nd1(a,data,clock,clear);//说明了一个延时为10个单位时间的//nd114一位全加器的门级结构描述输入：a ，b ，in ；输出：sum ，cout…xor x1(d1,a,b),x2(sum,d1,in);and a1(d2,a,b),a2(d3,in,d1);or (cout,d2,d3);…)(b a in ab cout in b a sum ⊕+=⊕⊕=15使用结构建模方式描述（2） 模块实例化方式一个模块能够在另外一个模块中被引用，这样就建立了描述的层次。
数字逻辑与工程设计-刘真 (4)
3.5 常用组合电路
一、二进制运算电路的逻辑设计（ALU） 数 1．半加器
对两个一位二进制数相加求得“和”及“进位”的逻辑电路. 字 2．全加器 逻 对两个一位二进制数相加并考虑低位来的进位，即相当
于三个一位二进制数相加，得“和”及“进位”的逻辑电路. 辑 3. 多位加法器
完成两个n位二进制数相加的电路称为n位并行加法器。 按照进位方式的不同分成两种： 6 行波进位加法器 把n位全加器串联起来，低位全加器的进位输出连到相
S1
逻
↑↑↑↑
┌─┴──┴──┴──┴─┐
辑
C4←┤
4-Adder
├←C0
└─┬┬┬┬──┬┬┬┬─┘
A4 3 2 1
B4 多位二进制加法器。如16位，需4块。 (略) 2) 实现代码转换。
如BCD ←→ 余3码 (加3/加－3的补码，略)
3) 构成十进制加法器。
集成电路分类
3404
数 字 逻 辑
AB AD
AC
国防科学技术大学计算机系体系结构教研室
概述（续）
数
字 2．逻辑电路的分析与设计
6 分析：研究一个已知逻辑电路的工作特性和逻辑功
逻
能。
辑
6 设计：对于已经确定要完成的逻辑功能，给出相应
的逻辑电路。
┌────┐┌─────┐ ┌───┐┌────┐
│逻辑电路├┤函数表达式├ ┤真值表├┤逻辑功能│
字 E 为“使能端”，
BA
当E＝0时,译码器处于 0 0 0
逻
工作状态。
0 01
辑
当E＝1时,译码器处于 0 1 0
禁止状态。
0 11
1 XX
Y0 Y1 Y2 Y3 0111 1011 1101 1110 1111
数字逻辑 知识点总结大全
数字逻辑知识点总结大全数字逻辑是一门研究数字信号在计算机中传输和处理的学科，它涉及到数字电路和逻辑电路的设计、分析和应用。
数字逻辑在计算机科学、电子工程、通信工程等领域都有着广泛的应用。
下面将对数字逻辑的知识点进行详细的总结，包括数字系统、布尔代数、逻辑门、时序逻辑和组合逻辑等内容。
数字系统数字系统是由有限个数的符号和数字组成的一种系统。
在计算机中，使用的数字系统一般为二进制，即由0和1组成。
除了二进制，还有十进制、八进制和十六进制等其他进制系统。
其中，二进制是计算机内部使用的基本进制。
数字系统中的基本概念包括位、字节、字和字长。
位是数字系统中的最小单位，它只有两种状态：0和1。
字节是8位的二进制数，用来表示一个字符或一个字母。
字是由多个字节组成的一个固定长度的数据单元。
而字长是一个数字系统中的字的长度，它决定了一个数字系统中能够表示的最大的数值范围。
布尔代数布尔代数是一种逻辑代数，它用来描述逻辑语句的真假情况。
在布尔代数中，所有逻辑变量的取值只有两种情况：真和假。
布尔代数中的基本运算包括与运算、或运算和非运算。
与运算表示两个逻辑变量同时为真时结果为真，否则为假；或运算表示两个逻辑变量中任意一个为真时结果为真，否则为假；非运算表示逻辑变量的取值取反。
布尔代数中的定理包括分配律、结合律、德摩根定律、消去律等。
这些定理是布尔代数中的基本规则，用于简化布尔表达式，并帮助我们理解逻辑电路的设计和分析。
逻辑门逻辑门是数字电路中的基本组成部分，它用来实现布尔代数中的逻辑运算。
逻辑门一般包括与门、或门、非门、异或门、与非门、或非门等类型。
这些门都有着特定的逻辑功能和真值表。
与门表示与运算，或门表示或运算，非门表示非运算，异或门表示异或运算，与非门表示与非运算，或非门表示或非运算。
这些逻辑门可以组成各种复杂的逻辑电路，包括加法器、减法器、多路选择器、触发器、寄存器等。
时序逻辑时序逻辑是数字逻辑中的一个重要分支，它涉及到数字电路中的时序关系和时序控制。
《数字电子技术基础》——数字逻辑基础.ppt
（2）基 数：进位制的基数，就是在该进位制中可 能用到的数码个数。
（3） 位 权：在某一进位制的数中，每一位的大小 都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固 定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。
1、十进制
2、十进制数转换为其他进制数 采用方法 —将整数部分和小数部分分别进行转换。 整数部分采用连除基数取余法。 小数部分采用连乘基数取整法。 转换后再合并。
例： (44.375)D＝( ？ )B 解：整数部分
2 44
余数
2 22 ……… 0=K0 2 11 ……… 0=K1 2 5 ……… 1=K2 2 2 ……… 1=K3 2 1 ……… 0=K4
(N ) B Ki 2i i
(101.01)B＝ 1×22 ＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1 ×2－2
加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10 乘法规则：0·0=0， 0·1=0 ，1·0=0，1·1=1
3、十六进制
数码为：0～9、A～F；基数是16。 运算规律：逢十六进一。 十六进制数的权展开式：
0 ……… 1=K5
低位 高位
小数部分
0.375
×2
整数
0.750 ……… 0=K－1
0.750
×2
1.500 ……… 1=K－2
0.500
×2
1.000 ……… 1=K－3
高位 低位
所以：(44.375)D＝(101100.011)B
3、二进制数与十六进制数的相互转换 每4位二进制数对应一位十六进制数进行转换。
1
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（2）数字电路不仅能够完成算术运算，而且能够完 成逻辑运算， 具有逻辑推理和逻辑判断的能力。
（3）由数字电路组成的数字系统，抗干扰能力强， 可靠性高， 精确性和稳定性好，便于使用、维护 和进行故障诊断，容易完成实时处理任务。
（4）高速度，低功耗，可编程。
3、十六进制
数码为：0～9、A～F；基数是16。 运算规律：逢十六进一。 十六进制数的权展开式：
(N )H Ki 16i i
1.2.2 不同进制之间的转换
1、其他进制数转换成十进制数 将N进制数按权展开，即可以转换为十进制数。
(101.01)B ＝ 1×22 ＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1 ×2－2 ＝(5.25)D
1.1.1 模拟信号和数字信号
模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。
u
t
模拟信号波形
对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为 模拟电路。
数字信号：在时间上和数值上不连续的 （即离散的）信号。
u
t
数.1.2 数字电路的特点与分类
1、数字电路的特点
0 ……… 1=K5
低位 高位
小数部分
0.375
×2
整数
0.750 ……… 0=K－1
0.750
×2
1.500 ……… 1=K－2
0.500
×2
1.000 ……… 1=K－3
高位 低位
所以：(44.375)D＝(101100.011)B
3、二进制数与十六进制数的相互转换 每4位二进制数对应一位十六进制数进行转换。
二-十进制代码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进 制数中的 0 ~ 9 十个数码。简称BCD码。
用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码， 因各位的权值依次为8、4、2、1，故称8421 BCD码。
常用 BCD 码
十进制数 8421 码 余 3 码
0
0000 0011
1
0001 0100
数码为：0、1；基数是2。 运算规律：逢二进一，即：1＋1＝10。 二进制数的权展开式：
(N ) B Ki 2i i
(101.01)B＝ 1×22 ＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1 ×2－2
加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10 乘法规则：0·0=0， 0·1=0 ，1·0=0，1·1=1
2
0010 0101
3
0011 0110
4
0100 0111
5
0101 1000
6
0110 1001
7
0111 1010
8
1000 1011
9
1001 1100
权 8421
格雷码
0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101
2421 码
0000 0001 0010 0011 0100 1011 1100 1101 1110 1111 2421
0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 . 0 1 1 0 ＝ (1E8.6)H (A7E.76)H = （1010 0111 1110 . 0111 0110）B
1.2.3 二进制代码
用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符 号等信息称为编码。
用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的 二进制数称为代码。
数字电子技术基础
国防科技大学出版社
第1章 数字逻辑基础
1.1 概述 1.2 数制及二进制代码 1.3 逻辑代数基础 1.4 逻辑函数及其化简
学习要点： • 数字电路及其特点 • 进制概念、进制间相互转换 • 逻辑代数的公式与定理 • 逻辑函数的化简方法
1.1 概述
1.1.1 模拟信号与数字信号 1.1.2 数字电路的特点与分类
（1）进位制：多位数码每一位的构成以及从低位 到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。
（2）基 数：进位制的基数，就是在该进位制中可 能用到的数码个数。
（3） 位 权：在某一进位制的数中，每一位的大小 都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固 定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。
1、十进制
5421 码
0000 0001 0010 0011 0100 1000 1001 1010 1011 1100 5421
1.3 逻辑代数基础
1.3.1 基本逻辑运算 1.3.2 基本定律、公式和常用规则
逻辑代数是按一定的逻辑关系进行运算的代数，是分 析和设计数字电路的数学工具。有与、或、非三种基本逻 辑运算，还有与非、或非、与或非、异或、同或等几种复 合逻辑运算。
2、数字电路的分类
（1）按集成度分类：数字电路可分为小规模 （SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超 大规模（VLSI）数字集成电路。集成电路从应 用的角度又可分为通用型和专用型两大类型。
（2）按所用器件制作工艺的不同：数字电路可分 为双极型（TTL型）和单极型（MOS型）两类。
（3）按照电路的结构和工作原理的不同：数字电 路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。
(4EA)H ＝ 4×162 ＋14×161＋10×160 ＝(1258)D
2、十进制数转换为其他进制数 采用方法 —将整数部分和小数部分分别进行转换。 整数部分采用连除基数取余法。 小数部分采用连乘基数取整法。 转换后再合并。
例： (44.375)D＝( ？ )B 解：整数部分
2 44
余数
2 22 ……… 0=K0 2 11 ……… 0=K1 2 5 ……… 1=K2 2 2 ……… 1=K3 2 1 ……… 0=K4
组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与 当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。
时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅 和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有 关。
1. 2 数制及二进制代码
1.2.1 进位计数制 1.2.2 不同进制间转换 1.2.3 二进制代码
1.2.1 进位计数制
数码为：0～9；基数是10。 运算规律：逢十进一，即：9＋1＝10。 十进制数的权展开式：
(N ) D Ki 10i i
(1255)D＝1×103 ＋2×102＋5×101＋5×100 (109.64)D＝ 1×102 ＋0×101＋9×100＋6×10－1＋4 ×10－2
2、二进制