计算机组成原理4-数字逻辑2.ppt

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23.9 积分

逻 辑 门 电 路 门电路是一种用于实现逻辑关系的电子电路，对应于我们所说的基本逻辑关系。门电路主要包括：与门、或门、与非门、或非门、不同或门等。分类：分立元件 集成逻辑门电路 双极型—— MOS——根据使用的半导体器件进行分类 以双极半导体装置为元件，速度快，负载能力强，但功耗大， 集成度低。以金属氧化物半导体场效应管为组件。结构简单，制造方便，集成度高，功耗低，但速度慢。数字集成电路： 在半导体基片上制作完整的逻辑电路所需的所有元件和连接。 连接：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、价格。双极集成电路可进一步分为：DTL晶体管-晶体管逻辑电路TTL(Transistor Transistor Logic)；极耦合逻辑电路的发射ECL(Emitter Coupled Logic)。逻辑电路集成注入I2L(Integrated Injection Logic) TTL电路性能价格比最好，应用最广泛 MOS可进一步分为集成电路：PMOS( P-channel Metel OxideSemiconductor)；NMOS(N-channel Metel Oxide Semiconductor)；CMOS(Complement Metal OxideSemiconductor)。CMOS电路应用广泛，不仅适用于一般逻辑电路的设计，而且综合性能最好 。 小规模集成电路不足100个 ( Small Scale Integration :SSI ) 数百个:中规模集成电路 (Medium Scale Integration :MSI ) 成千上万大规模集成电路: ( Large Scale Integration :LSI ) 超过1000成电路 ( Very Large Scale Integration :VLSI ) 2.根据集成电路的大小对数字电路中高低电平的概念进行分类VH —— 高电平 1VL —— 低电平 0逻辑电平：由半导体电子元件组成的逻辑电路，表现为0和1两种不同的状态，常用的电压范围称为逻辑0 和逻辑1，或称0态和1态，统称逻辑电平。逻辑电平不是物理量，而是物理量的相对表现。逻辑电平不是物理量，而是物理量的相对表示。它表示一定的电压范围。当固定值门（电子开关）不满足一定条件时，电路允许 许可信号通过许可信号 开关接通 。开门状态：关门状态：当条件不满足时，信号无法通过 ? 开关断开 。开关作用二极管反向截止：开关开关断开三极管(C,E)饱和区： 截止区：开关接通CEB开关断开 正向导通： CEB分离元件门电路 1.体积大，工作不可靠。需要不同的电源。3.各门的输入输出电平不匹配。MOS 管道主要由电源电压控制VGS决定其工作状态。MOS 管结型：模拟电路 绝缘格栅P沟N沟增强耗尽增强耗尽MOS电路特点：优点1. 工艺简单，集成度高。缺点：工作速度比TTL低 。2. 静态功耗小的电压控制元件。3. 允许电源电压范围宽(3)18V)。4. 风扇系数大，抗噪声容量大。1、NMOS非门VDDA非门电路F A F L T1 H H T1 LF=A2、NMOS与门VDDABT1T2T3T6T5FG3 A B F L L T1 L T2 L H T1 × L H L T2 × L H H T1 T2 H T5G3HT5G3HT5G3HT5G3L×F=AB3、NMOS或门F=A BVDDABT1T2T3T4T5FG3 A B F L L T1 L T2 L H T2 H H L T1 H H H T1 T2 H T3T3T3G3HT3G3LG3LG3L×××三、 TTL 集成逻辑门电路 TTL(Transistor Transistor Logic)电路为晶体管- 晶体管逻辑电路简称。 TTL电路功耗大，线路复杂，集成度有限，广泛应用于中小型逻辑电路。 速度快.典型TTL与非门 输入级—— 极晶体管由多发射T1和电阻R组成；中间级—— 由T2和R2、R三组成，输出两个相位相反的信号作为T4、T5 驱动信号；输出级—— 由T3、T4、T5和R4、R5组成。1. 电路结构 3. 门电路的主要外部特征参数 对于设备的用户， 正确理解设备的参数是非常重要的。1. 电路结构 3. 门电路的主要外部特征参数 对于设备的用户， 正确理解设备的参数是非常重要的。(1)标称逻辑电平标称逻辑电平:表示逻辑值1和0的理想电平。TTL门电路标称逻辑电平： V(1)=5V V(0)=0VViVDVTVONVOFF阈值电压VT ： 1.4V(2) 电压传输的特在TTL电路中 高电平VH —— 电压范围为2V～5V，额定值为3.6V低电平VL —— 电压范围为0V～0.8V,额定值为0.2V(3) 开门与关门电平 开门电平-能表示逻辑值1的最小高电平 关闭电平-能表示逻辑值0的最大低电平TTL电路中： 开门电平VON ≈3V 关门电平VOFF≈0.4VViVDVTVONVOFF(4) 平均传输延迟时间 tpd平均传输延迟时间是衡量门电路运行速度的重要指标。输入端接入输入信号需要一定的时间tpd，才能在输出端产生对应的输出信号。输入端接入输入信号需要一定的时间tpd，在输出端产生相应的输出信号。 平均延迟时间定义为 tpd = ( tpdL tpdH )/2从输入波上中点到输出波下中点的时间延迟通常称为导通延迟时间tpdL；从输入波下中点到输出波上中点的时间延迟称为截止延迟tpd。省略部分。译码器4-16线(4输入16输出)等。 译码器例：3-8译码器 G1 G2A G2BA1A0A2F0F4F2F6F1F5F3F7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X X X X 0 X X X 1 1输出F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 选择输入A2 A1 A0使能端G1 G2A G2B例：3-8译码器CBAG1G2A G2B 74LS138Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 逻辑符号:例：3-8译码器C—— A2 B—— A1 A—— A0译码器广泛应用于数字系统中 ，其典型用途是实现存储器的地址译码、控制器中的指令译码、代码译码、显示译码等。此外，译码器还可以实现各种组合逻辑功能。译码器应用① 分析： A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3……A0 A设备 0 0 0 0 1 0 X X X X B设备 0 0 0 1 0 0 X X X X C设备 0 0 0 1 1 1 X X X X例 )计算机地址A9～A0选择外设，设设备A、B、C选址如下:20H～2FH、40H～4FH、70H～7FH，请设计地址译码器。用3:8译码器实现Y2Y4Y7(1)地址译码:译码器应用CBAG1G2A G2B 74LS138Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 例 ) ② 设计：A6A5A4A7A8A9A B C 20H～2FH40H～4FH70H～7FH译码器应用例)分析以下电路，写出译码器选择的内容 地址范围，以及Y0、Y1、Y2的地址译 码范围。CBAG1G2A G2B 74LS138Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A11A10A9A12A13A14Y0 Y1 Y2 A15解：① 1000H～1FFFH ② Y0： 1000H～11FFHY1： 1200H～13FFHY2： 1400H～15FFH ? 常用的MSI译码器有： · 双2:4译码器 74XX139 · 3:8译码器 74XX138 · 4:16译码器 74XX156* 二、编码器(ENC)编码器 ——将具体意义的编码转换为二 进制编码 编码器...2n数据输入n个数据输出 种类： · 普通编码器 二进制编码器 BCD编码器(输出BCD编码) · 优先编码器① 普通编码器 在普通编码器中，任何时候只允许输入一个编码信号，否则输出就会混乱 二进制编码器例：4:2编码器4:2 编码器可视为配备四个外部设备的计算机：声卡(A0)，硬盘驱动器(A1),鼠标(A2),网卡(A3)作为输入信号 B0、B1作为编码输出。普通编码器分析：只允许在某一时刻输入编码信号，如 A1(A1 = 1)向 CPU 请求传输数据，CPU 根据接收代码 B1B0 = 启动硬盘驱动器，开始传输数据。普通编码器分析：只允许在某一时刻输入编码信号，如 A1(A1 = 1)向 CPU 请求传输数据，CPU 根据接收代码 B1B0 = 启动硬盘驱动器，开始传输数据。 普通编码器是多输入多输出的组合逻辑电路。多个输入端N；多个输出端 n,其位数由 N = 2n 决定。只允许在任何时候输入一个代码信号，一个输入与其代码输出是唯一对应的关系。 特点：普通编码器3。数据选择器(MUX) ——即数字多路器、多路开关 多路转换器ABCDK(选择端)BUSWXYZK数据选择器数据分配器多对一对多· 数据选择器： 从多路输入中选择一个输送输出端· 数据分配器 数据选择器将一路输入信号送至多路输出 ? 数据选择器(MUX)功能： ① 从多路输入中选择一个输送输出端② 输入传输到输出端的选择从当时开始 控制信号决定；③ 用途：实现多通道数据传输。 MUX…...……2n输入n选择输入输出 STA1A0Fa0a1a2a3四选一ST A1 A0 F1 × × 00 0 0 a00 0 1 a10 1 0 a20 1 1 a3真值表F=ST(a0 A1 A0 a1 A1 A0 a2 A1 A0 a3A1 A0 )① 又称多路分配器，是一路输入、多路输出的组合逻辑器件；② 输入信号传输到哪个输出端由当时的控制信号决定；4.数据分配器(DEMUX) ? 数据分配器功能：与数据选择器相反，它们配合使用，实现多通道数据传输； 用于数据分配器： STA1A0f0af1f2f31:4 数据分配器ST A1 A0 f0 f1 f2 f31 × × 0 0 0 00 0 0 a 0 0 00 0 1 0 a 0 00 1 0 0 0 a 00 1 1 0 0 0 a 真值表数据分配器 例：双1:4线数据分配器 74XX155 关键词： 组成 逻辑 数字 原理 计算机

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