計(jì)算機(jī)原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(編輯修改稿)
2024-10-07 05:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ? 現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA 器件 本章主要內(nèi)容 數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ) 基本邏輯門和布爾代數(shù)知識基礎(chǔ) 組合邏輯電路及其應(yīng)用 時序邏輯電路及其應(yīng)用 現(xiàn)場可編程器件及其應(yīng)用 基本邏輯門 與門： SN74LS08 或門： SN74LS32 非門： SN74LS04 P27 三態(tài)門電路 三態(tài)門電路是一種最重要的總線接口電路，它保留了圖騰輸出結(jié)構(gòu)電路信號傳輸速度快、驅(qū)動能力強(qiáng)的特性，又有集電極開路電路的輸出可以 “ 線與 ” 的優(yōu)點(diǎn)，是構(gòu)建計(jì)算機(jī)總線的理想電路。 “ 三態(tài) ” 是指電路可以輸出正常的 “ 0” 或 “ 1”邏輯電平，也可以處于高阻態(tài)，取決于輸入和控制信號。為高阻態(tài)時， “ 0” 和 “ 1”的輸出極都截止，相當(dāng)于與所連接的線路斷開，便于實(shí)現(xiàn)從多個數(shù)據(jù)輸入中選擇其一。 A B C /G1 /G2 G3 總線 例如，當(dāng)控制信號 /G1為低電平， /G2 和 /G3為高電平時，三態(tài)門的輸入 A 被送到總線上，另外兩個三態(tài)門的輸出處于高阻態(tài)。 三態(tài)門電路 單向傳送： SN74LS240,SN74LS244 雙向傳送： SN74LS245 例：教學(xué)計(jì)算機(jī)中的總線邏輯設(shè)計(jì)與線路實(shí)現(xiàn) P28 加法器和算術(shù)邏輯單元 加法器是計(jì)算機(jī)中最常用的組合邏輯器件，主要完成兩個補(bǔ)碼數(shù)據(jù)的相加運(yùn)算，減法運(yùn)算也是使用加法器電路完成的。 一位的加法器可以完成對本位兩個二進(jìn)制數(shù)據(jù)和低一位送上來的一個進(jìn)位信號的相加運(yùn)算，產(chǎn)生本位的和以及送往高一位的進(jìn)位輸出信號。 由多個一位的加法器，可以構(gòu)成同時完成對多位數(shù)據(jù)相加運(yùn)算的并行加法器，此時需要正確連接高低位數(shù)據(jù)之間的進(jìn)位輸入與輸出信號。 若各數(shù)據(jù)位之間的進(jìn)位信號是逐位傳送，被稱為串行進(jìn)位，當(dāng)加法器的位數(shù)較多時，會使加法運(yùn)算的速度大大降低；從加速加法進(jìn)位信號的傳送速度考慮，也可以實(shí)現(xiàn)多位的并行進(jìn)位，各位之間幾乎同時產(chǎn)生送到高位的進(jìn)位輸出信號。 乘除法運(yùn)算，也可以通過多次的循環(huán)迭代利用加法器完成。 計(jì)算機(jī)不僅要完成對數(shù)值數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算功能，還要完成對邏輯數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算功能，例如 與 運(yùn)算， 或 運(yùn)算等等。 在計(jì)算機(jī)中，通常會把對數(shù)值數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算功能和對邏輯數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算功能，合并到一起用同一套電路實(shí)現(xiàn)，這種電路就是算術(shù)邏輯單元，英文縮寫是 ALU，用與、或、非門等電路實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)過程和邏輯表達(dá)式在數(shù)字電路教材中有詳細(xì)說明，這些內(nèi)容是 “數(shù)字邏輯和數(shù)字集成電路” 的重點(diǎn)知識。 多位的 ALU 不僅要產(chǎn)生算術(shù)、邏輯運(yùn)算的結(jié)果，還要給出結(jié)果的特征情況，例如算術(shù)運(yùn)算是否產(chǎn)生了向更高位的進(jìn)位，結(jié)果是否為零，結(jié)果的符號為正還是為負(fù)，是否溢出等；對邏輯運(yùn)算通常只能檢查結(jié)果是否為零，不存在進(jìn)位和溢出等問題。 要 ALU 運(yùn)算，就涉及選擇參加運(yùn)算的 數(shù)據(jù)來源 ，要完成的 運(yùn)算功能 ， 結(jié)果的處置 方案，特征位的保存等多方面的問題。 加法器和算術(shù)邏輯單元 計(jì)算機(jī)原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第五講 主講教師：趙 宏偉 學(xué)時： 64 數(shù)據(jù)選擇器 數(shù)據(jù)選擇器又稱多路開關(guān)，它是以“與 或”門、 “與 或 非”門實(shí)現(xiàn)的電路，在選擇信號的控制下，實(shí)現(xiàn)從多個輸入通道中選擇某一個通道的數(shù)據(jù)作為輸出。 在計(jì)算機(jī)中，按照需要從多個輸入數(shù)據(jù)中選擇其一作為輸出是最常遇到的需求之一。例如，從多個寄存器中，選擇指定的一個寄存器中的內(nèi)容送到 ALU 的一個輸入端，選擇多個數(shù)據(jù)中的一個寫入指定的寄存器，選擇多個數(shù)據(jù)中的一個送往
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