1、数字逻辑入门,信息工程学院 计算机结构教研室,“数字逻辑”是硬件技术的基础,计算机系统的 软硬件功能分配,计算机系统的 逻辑实现 计算机组成的 物理实现,数字逻辑,数字逻辑基础 半导体 二极管、三极管 场效应管 门电路 组合逻辑电路 时序逻辑电路,半导体,To see a world in a grain of sand. And a heaven in a wild flower. Hold infinity in the palm of your hand. And eternity in an hour.,一颗沙里看出一个世界 一朵野花里一座天堂 把无限放在你的手掌上 永恒在一刹那里收藏
2、,“一沙一世界” 原本是诗人的拟想，却被后世的科学家们变为了现实 众所周知，制造微处理器需要至纯至净的硅原料，而硅则从沙中提炼。,半导体,二极管,半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管(diode)；它只往一个方向传送电流的电子零件。它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。,三极管,1947年12月23日第一个晶体管NPN Ge晶体管W. SchokleyJ. BardeenW. Brattain,获得1956年Nobel物理奖,1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片,八叛逆在Fairchild Semicon
3、ductor，1959年. 从左至右: 高登摩尔（Gordon Moore）,谢尔顿罗伯茨 （Sheldon Roberts）,尤金克莱尔 （ Eugene Kleiner）,罗伯特诺依斯（Robert Noyce）,维克多格里尼克 （Victor Grinich）,朱利亚斯布兰克 （Julius Blank）,金赫尔尼 （Jean Hoerni）与杰拉斯特 （Jay Last）,他们的伟大发明而带来的亿万颗芯片，正在世界的每一个角落一刻也不停息地跳动着，上至太空，下至海底，已经成为人类社会不可缺少的一部分。他们和福特、爱迪生、莱特兄弟一起，改变了我们的世界。,Silicon Valley t
4、he area in northern California, southwest of San Francisco in the Santa Clara valley region, where many of the high-technology design and manufacturing companies in the semiconductor industry are concentrated,场效应管,根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有3个极性，栅极，漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件。,MOS开关：,N-
5、MOS,P-MOS,MOS开关的组合逻辑,a,b,S1,S2,N-MOS串联,MOS开关的组合逻辑,a,b,S1,S2,N-MOS并联,MOS开关的组合逻辑,a,b,S1,S2,P-MOS串联,MOS开关的组合逻辑,a,b,S1,S2,P-MOS并联,CMOS反相器 构成：反相器实现的是将输入信号反相输出的逻辑功能，根据反相器的逻辑，当输入为“0”时，输出为“1”。,门电路,与门 或门 非门 与非门,或非门 与或非门 异或门 异或非门三态门（）,（1）与门,又称“与电路”，执行“与”运算的基本门电路。有几个输入端，只有一个输出端。当所有的输入同时为“1”电平时，输出才为“1”电平，否则输出为“
6、0”电平。与的含义是只有当决定一件事的所有条件都具备时，这个事件才会发生。逻辑与也称逻辑乘。与门表达式F=AB,（2）或门,又称“或电路”。执行“或”运算的基本门电路。有几个输入端，只有一个输出端。只要输入中有一个为“1”电平时，输出就为“1”电平，只有当所有的输入全为“0”电平时，输出才为“0”电平。逻辑或也称为逻辑加。或门表达式为F=A+B,（3）非门,非门又称反相器，是逻辑电路的重要基本单元，非门有输入和输出两个端，电路符号见附图，其输出端的圆圈代表反相的意思，当其输入端为高电平时输出端为低电平，当其输入端为低电平时输出端为高电平。也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。逻辑非的含
7、义是：当条件不具备时，事件才发生。,（4）与非门,实现先“与”后“非”的逻辑运算就是与非逻辑运算。其逻辑函数式如下:,“与非”逻辑运算可进行这样的逻辑判断：“与非”门输入信号中是否有“0”， 输入有“0”， 输出就是“1”;只有当输入全为“1”时， 输出才是“0”。,（5）异或门,用先“非”再“与”后“或”的逻辑运算，实现如下逻辑函数式的称为“异或”逻辑运算。“异或”逻辑运算可以进行这样的逻辑判断：“异或”门的两个输入信号是否相同， 两个输入信号相同时， 输出为“0”; 两个输入信号不相同时，输出为“1”。,（6）三态门,总线电路主要由三态门组成。 三态门是具有三种逻辑状态的门电路。这三种状态
8、为：逻辑“0”、逻辑“1”和浮空状态。所谓浮空状态，就是三态门的输出呈现开路的高阻状态。,组合逻辑电路,加法器 译码器 数据选择器,加法器计算机的主要任务之一是进行算术运算，在算术运算中，加、减、乘、除都是通过加法运算来实现的，所以加法器也是计算机系统中最基本的运算单元。,组合逻辑电路,1 半加器 （Halfadder）,能实现两个一位二进制数的算术加法及向高位进位，而不考虑低位进位的逻辑电路。它有两个输入端，两个输出端。,2 全加器 （Fulladder）,用门电路实现两个二进数相加并求出和的组合线路，称为一个全加器。,组合逻辑电路,译码器 它的功能是将输入代码译成高低电平信号。实现译码操作
9、的电路叫做译码器。常见的译码器从大类上可以分为通用译码器和显示译码器。,1 通用译码器,通用译码器是用来给出输出信号的。常见的通用译码器有：3线8线译码器、4线16线译码器等。,2 显示译码器,在数字系统中，把能够把数字或者符号的代码翻译成数字或符号并显示出来的电路器件叫显示译码器。,组合逻辑电路,数据选择器（MUX） 数据选择器又称多路选择器Multiplexer，是一种多个输入单个输出的中等规模器件。其输出的信号在某一时刻仅与输入端信号的一路信号相同，即输出为输入端信号中的一个信号。,时序逻辑电路,如果电路在某一时刻的输出状态不仅取决于电路在这一时刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关，也就是说电路具有记忆功能，这种电路就叫做时序逻辑电路。 时序逻辑电路中能够完成记忆功能的电路叫做触发器，它是最重要、最基本的时序单元电路。,触发器 能够存储一位二值信号的基本单元电路 锁存器 锁存数据 74LS373 寄存器 暂时存放数据和指令 移位寄存器 计数器 能够完成对时钟脉冲的计数,
