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第 2 章 计算机的逻辑部件
2.1 计算机中常用的组合逻辑电路
2.1.1 三态电路

图 2.1 三态反相门(1)的功能表及逻辑图

图 2.2 三态反相门(2)的功能表及逻辑图

图 2.3Z 态在时序图中的表示

图 2.4 三态门应用实例

计算机组

成与结构(第 5 版)

2.1.2 异或门及其应用

图 2.5 异或门的功能表和逻辑图

图 2.6 四位原/反码输出电路

图 2.7 四位比较器的逻辑图

图 2.8 八位奇偶检测电路

计算机组成与结构(第 5 版)

2.1.3 加法器

图 2.9 半加器的功能表和逻辑图

图 2.10 全加器的功能表及逻辑图

图 2.11 串行进位加法器

计算机组成与结构(第 5 版)

图 2.12 四位超前进位加法器

图 2.13 用 4 片 ALU 构成的 16 位 ALU

图 2.1416 位快速 ALU

计算机组成与结构(第 5 版)

2.1.4 译码器 2.1.5 数据选择器

图 2.15 双 4 通道选 1 数据选择器

2.2 时序逻辑电路
2.2.1 触发器
1. 电位触发方式触发器(电位触发器)

图 2.16 锁存器

计算机组成与结构(第 5 版)

2. 边沿触发方式触发器(D 触发器)

图 2.17D 触发器

图 2.18 主-从 J-K 触发器的原理图

3. 主-从触发方式触发器(J-K 触发器)

计算机组成与结构(第 5 版)

2.2.2 寄存器和移位寄存器

图 2.194D 寄存器

2.2.3 计数器

图 2.20 十进制同步计数器

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2.3 阵列逻辑电路
2.3.1 只读存储器(ROM)

图 2.21ROM 的结构

图 2.228×4 ROM 原理图

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2.3.2 可编程序逻辑阵列(PLA)

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图 2.23 存储表 2.1 所示信息的 PLA

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2.3.3 可编程序阵列逻辑(PAL)

图 2.24PLA 器件的电路图

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图 2.25 带反馈的阵列型 PAL

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2.3.4 通用阵列逻辑(GAL)

计算机组成与结构(第 5 版) 图 2.26GAL 16V8 逻辑图

2.3.5 门阵列(GA)、宏单元阵列(MCA)和标准单元阵列(SCA) 2.3.6 现场可编程序门阵列(FPGA)

习题
2.1 在计算机中一般使用哪些逻辑电路驱动总线? 2.2 在计算机中一般使用哪些基本逻辑电路? 2.3 根据图 2.12 的四位超前进位加法器,请回答: ① 从 X、Y 输入到 F 输出需要多少时间(假设异或门延迟 20ns,其他门为 10ns)? ② 如果扩大到 8 位,直接产生超前进位信号,将产生什么问题? 2.4 找出本章中已画出的译码器电路,并写出输入端和输出端数量。 2.5 画出逻辑图: 用 2 个有 3 输入 8 输出译码器功能的芯片组成具有 16 输出的译码器。 2.6 把 4 个寄存器的输出送到某一组输出线上, 可使用四选一多路选择器, 也可使用三态门。 用四选一实现和用三态门实现,对开门信号的要求有什么差别? 2.7 设 A 为锁存器,B 为 D 触发器,设输入信号和触发信号关系如下图所示,画出输出端波 形(设 A、B 原状态均为 0)。

2.8 使用 J-K 触发器构成 4 位二进制同步计数器,请写出 J、K 表达式,为什么这些表达式 比 2.2.3 节列出的 1 位十进制同步计数器表达式简单? 2.9 用 PLA(与阵列、或阵列的输入、输出数不限)和一个四 D 寄存器实现一个 4 位的双向移 位寄存器。要求当控制信号 M=0 时,左移;M=1 时,右移。左移输入信号为 DL,右移输 入信号为 DR。 2.10 门阵列、宏单元阵列、标准单元阵列和现场可编程序门阵列有何主要差别? 2.11 今要生产 10 台样机,用于试验定型,预计需根据试验结果修改设计后再正式投产,已 知上题所列 4 种芯片均能满足样机的设计要求,你认为选择哪一种较合理? 2.12 如果设计计算机中使用的一个逻辑部件,需要经过反复实验才能确定方案,今有 PLA、 PAL 和 GAL 三种器件可供选择,你认为选择哪一种器件比较合适?


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