第六章數(shù)字系統(tǒng)

1、第六章第六章 數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)教學基本要求教學基本要求掌握：掌握：熟悉：熟悉：1、數(shù)字系統(tǒng)的基本概念。、數(shù)字系統(tǒng)的基本概念。2、自頂而下的設計方法。、自頂而下的設計方法。1、基本子系統(tǒng)（算術邏輯運算單元、基本子系統(tǒng)（算術邏輯運算單元ALU、寄存器、寄存器、RAM等）等）2、總線的概念及邏輯結構、數(shù)據(jù)通路。、總線的概念及邏輯結構、數(shù)據(jù)通路。6.1 數(shù)字系統(tǒng)的基本概念數(shù)字系統(tǒng)的基本概念6.1.1 一個數(shù)字系統(tǒng)實例一個數(shù)字系統(tǒng)實例6.1.2 數(shù)字系統(tǒng)的基本模型數(shù)字系統(tǒng)的基本模型數(shù)字系統(tǒng)：數(shù)字系統(tǒng)：交互式交互式的以的以離散離散形式表示的具有形式表示的具有存儲存儲、傳輸傳輸、處理處理信息能力的信息能力的

2、邏輯子系統(tǒng)的邏輯子系統(tǒng)的集合物集合物傳輸傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^空間進行移動的信息通過空間進行移動存儲存儲的信息通過時間進行的信息通過時間進行“搬運搬運”處理處理的信息按運算規(guī)則通過變更已給信息來的信息按運算規(guī)則通過變更已給信息來形成新的信息形成新的信息一個基本的數(shù)字系統(tǒng)由一個基本的數(shù)字系統(tǒng)由輸入部件輸入部件、輸出部件輸出部件及及邏輯系統(tǒng)邏輯系統(tǒng)三部分構成。三部分構成。數(shù)字系統(tǒng)的基本結構數(shù)字系統(tǒng)的基本結構ABC ABC活動周期活動周期T活動周期活動周期TtA ： 存儲部件獲得信息存儲部件獲得信息B ： 該信息被傳送到處理部件且被加工處理該信息被傳送到處理部件且被加工處理C： 加工處理后的更新信息又被傳送

3、到存儲加工處理后的更新信息又被傳送到存儲 部件部件6.1.2 數(shù)字系統(tǒng)與邏輯功能部件的區(qū)別數(shù)字系統(tǒng)與邏輯功能部件的區(qū)別數(shù)字系統(tǒng)通常由若干各邏輯功能部件組成，并數(shù)字系統(tǒng)通常由若干各邏輯功能部件組成，并由一個控制部件統(tǒng)一指揮。由一個控制部件統(tǒng)一指揮。凡有控制部件，且能按一定程序進行操作的系凡有控制部件，且能按一定程序進行操作的系統(tǒng)，不論其規(guī)模大小，一律看成一個數(shù)字系統(tǒng)統(tǒng)，不論其規(guī)模大小，一律看成一個數(shù)字系統(tǒng)沒有控制器又不能按一定程序操作的系統(tǒng)只能沒有控制器又不能按一定程序操作的系統(tǒng)只能看成是一個邏輯部件或邏輯子系統(tǒng)看成是一個邏輯部件或邏輯子系統(tǒng)6.2 數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路總線總線：多個信息源分時傳送數(shù)

4、據(jù)流到多個目的：多個信息源分時傳送數(shù)據(jù)流到多個目的地的傳輸通路地的傳輸通路AB1A2A3A4A1B2B3B4B總線原理示意圖總線原理示意圖6.2.1 總線結構總線結構1總線的概念總線的概念AB1A2A3A4A1B2B3B4B單向總線單向總線雙向總線雙向總線2.總線的邏輯結構總線的邏輯結構1)多路選擇器方式多路選擇器方式ALU1R1LDR2R2LDR1R3LDRMUXBUS0YS1YS0110113S2S1S0S0AS1AS0BS1BS1R2R3R1R2R3RM10110 1101 10112)三態(tài)門方式三態(tài)門方式DLDDELDEFLDFABCBUSA BUSB BUSC BUS(a)三態(tài)門總線

5、結構三態(tài)門總線結構1DnD1DnD接收控制接收控制發(fā)送控制發(fā)送控制雙向數(shù)據(jù)總線雙向數(shù)據(jù)總線6.2.2 數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路：數(shù)字系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)：數(shù)字系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線聯(lián)結形成的數(shù)據(jù)傳送路徑?？偩€聯(lián)結形成的數(shù)據(jù)傳送路徑。在滿足速度的前提下，為使數(shù)字系統(tǒng)的結構盡在滿足速度的前提下，為使數(shù)字系統(tǒng)的結構盡量簡單，一般在小型系統(tǒng)中采用單一總線結構。量簡單，一般在小型系統(tǒng)中采用單一總線結構。在較大型系統(tǒng)中可采用雙總線或三總線結構在較大型系統(tǒng)中可采用雙總線或三總線結構6.4 由頂向下的設計方法由頂向下的設計方法6.4.1 數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng) 的設計任務的設計任務（1）對設計

6、任務進行分析，根據(jù)課題任務，把）對設計任務進行分析，根據(jù)課題任務，把所要設計的系統(tǒng)合理地劃分成若干子系統(tǒng)，使所要設計的系統(tǒng)合理地劃分成若干子系統(tǒng)，使其分別完成較小地任務。其分別完成較小地任務。（2）設計系統(tǒng)控制器，以控制和協(xié)調各子系統(tǒng)）設計系統(tǒng)控制器，以控制和協(xié)調各子系統(tǒng)地工作。地工作。（3）對各子系統(tǒng)功能部件進行邏輯設計。）對各子系統(tǒng)功能部件進行邏輯設計?！纠}】【例題】 設計一個簡單的設計一個簡單的8位二進制無符號數(shù)并位二進制無符號數(shù)并行加法運算器，使之能完成兩數(shù)相加并存放累加行加法運算器，使之能完成兩數(shù)相加并存放累加和的要求和的要求解：解： (1) 一個一個8位的加法器，用來完成兩個數(shù)相

7、加位的加法器，用來完成兩個數(shù)相加的操作；的操作；（2）兩個）兩個8位的寄存器，分別存放加數(shù)和被加數(shù)。位的寄存器，分別存放加數(shù)和被加數(shù)。（3）一個）一個8位的寄存器，存放求和結果。位的寄存器，存放求和結果。取數(shù)取數(shù)清零清零存數(shù)存數(shù)加加將結果存入寄存器將結果存入寄存器B6.4.2 算法狀態(tài)機和算法流程圖算法狀態(tài)機和算法流程圖算法狀態(tài)機算法狀態(tài)機（簡稱（簡稱ASM）本質上是一個有限狀）本質上是一個有限狀態(tài)機，主要用于同步系統(tǒng)。它可以比較準確地態(tài)機，主要用于同步系統(tǒng)。它可以比較準確地描述控制器的功能和狀態(tài)變化條件。還可以精描述控制器的功能和狀態(tài)變化條件。還可以精確地表示出狀態(tài)轉換的時間關系。確地表示出狀態(tài)轉換的時間關系?？刂扑惴刂扑惴ǎ嚎刂破鲗Ρ豢貙ο蟮目刂脐P系：控制器對被控對象的控制關系算法流程圖由下列幾種基本圖形組成：算法流程圖由下列幾種基本圖形組成：（1）狀態(tài)框）狀態(tài)框（2）分支框）分支框（3）條件輸出框）條件輸出框（4）狀態(tài)單元）狀態(tài)單元操作內容操作內容狀態(tài)狀態(tài)名稱名稱編號編號XYZ狀態(tài)狀態(tài)X狀態(tài)狀態(tài)Y狀態(tài)狀態(tài)Z狀態(tài)及其時間關系狀態(tài)及其時間關系M1000011011MN分支框分支框輸出內容輸出內容條件輸出框條件輸出框A01X狀態(tài)單元狀態(tài)單元【例題】如圖