計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)(第三版)課件第8章

計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)(第三版)課件第8章章節(jié)概述與學(xué)習(xí)目標(biāo)數(shù)字電路基本概念組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路分析與設(shè)計(jì)可編程邏輯器件及其應(yīng)用數(shù)字集成電路及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)contents目錄01章節(jié)概述與學(xué)習(xí)目標(biāo)本章主要介紹了計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)中的數(shù)字邏輯電路及其應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了邏輯門(mén)電路、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路等基本概念和原理。同時(shí)也介紹了數(shù)字邏輯電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，如計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器、控制器等。章節(jié)內(nèi)容簡(jiǎn)要介紹掌握數(shù)字邏輯電路的基本概念和原理。理解邏輯門(mén)電路的工作原理和應(yīng)用。掌握組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)和分析方法。了解數(shù)字邏輯電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。01020304學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求010204關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和技能邏輯門(mén)電路的基本類型和工作原理。組合邏輯電路的設(shè)計(jì)和分析方法。時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)和分析方法。數(shù)字邏輯電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。0302數(shù)字電路基本概念模擬信號(hào)連續(xù)變化的信號(hào)，如聲音、光線等。數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換在計(jì)算機(jī)中，模擬信號(hào)通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，處理后再通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器還原為模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)離散的、不連續(xù)的信號(hào)，通常表示二進(jìn)制數(shù)位（0或1）。數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)二極管三極管門(mén)電路觸發(fā)器數(shù)字電路中的基本元件01020304單向?qū)щ姷脑?，常用于整流和開(kāi)關(guān)電路。電流控制元件，具有放大和開(kāi)關(guān)功能。實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的基本單元，如與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)等。具有記憶功能的電路，用于存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。與（AND）、或（OR）、非（NOT）等。基本邏輯運(yùn)算使用邏輯運(yùn)算符將邏輯變量連接起來(lái)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。邏輯表達(dá)式表示邏輯變量和邏輯函數(shù)之間關(guān)系的表格。真值表通過(guò)公式和定理將復(fù)雜的邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)為最簡(jiǎn)形式。邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)邏輯代數(shù)基礎(chǔ)03組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)

組合邏輯電路概述組合邏輯電路由門(mén)電路組成的電路，其輸出僅取決于當(dāng)前的輸入。組合邏輯電路的特點(diǎn)無(wú)記憶性，即輸出僅與當(dāng)前的輸入有關(guān)，與過(guò)去的輸入無(wú)關(guān)。組合邏輯電路的基本組成由基本的邏輯門(mén)電路（如AND、OR、NOT等）組成。分析步驟確定輸入和輸出變量；根據(jù)邏輯門(mén)的功能，列出每個(gè)邏輯門(mén)的輸入和輸出關(guān)系；根據(jù)輸入和輸出關(guān)系，列出整個(gè)電路的輸入和輸出關(guān)系；根據(jù)輸入和輸出關(guān)系，得出整個(gè)電路的功能。分析方法真值表分析法、邏輯表達(dá)式分析法、波形圖分析法等。組合邏輯電路分析方法設(shè)計(jì)步驟根據(jù)實(shí)際需求，確定輸入和輸出變量；根據(jù)實(shí)際需求，列出每個(gè)輸出變量的邏輯表達(dá)式；選擇合適的邏輯門(mén)電路，實(shí)現(xiàn)每個(gè)輸出變量的邏輯表達(dá)式；根據(jù)所選的邏輯門(mén)電路，設(shè)計(jì)出整個(gè)電路的連接方式。設(shè)計(jì)方法卡諾圖設(shè)計(jì)法、公式法、布爾代數(shù)法等。組合邏輯電路設(shè)計(jì)方法04時(shí)序邏輯電路分析與設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路是一種具有記憶功能的電路，其輸出不僅取決于當(dāng)前的輸入，還與電路的先前狀態(tài)有關(guān)。時(shí)序邏輯電路定義時(shí)序邏輯電路由組合邏輯電路和存儲(chǔ)元件（如觸發(fā)器）組成，存儲(chǔ)元件用于保存狀態(tài)信息。時(shí)序邏輯電路組成根據(jù)存儲(chǔ)元件的種類，時(shí)序邏輯電路可分為同步時(shí)序邏輯電路和異步時(shí)序邏輯電路。時(shí)序邏輯電路分類時(shí)序邏輯電路概述列出所有可能的狀態(tài)和相應(yīng)的輸入、輸出關(guān)系。建立時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)表根據(jù)狀態(tài)表繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，表示狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系和轉(zhuǎn)換條件。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖根據(jù)狀態(tài)表推導(dǎo)狀態(tài)方程，描述狀態(tài)變量的變化規(guī)律。狀態(tài)方程根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和狀態(tài)方程，推導(dǎo)驅(qū)動(dòng)方程，描述狀態(tài)變量的輸入條件。驅(qū)動(dòng)方程時(shí)序邏輯電路分析方法時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)方法建立狀態(tài)表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖根據(jù)功能要求列出所有可能的狀態(tài)和相應(yīng)的輸入、輸出關(guān)系，繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。選擇合適的觸發(fā)器根據(jù)功能要求選擇合適的觸發(fā)器類型（如D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器等）。確定功能要求明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定需要實(shí)現(xiàn)的功能。推導(dǎo)狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程根據(jù)狀態(tài)表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，推導(dǎo)狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程。優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)需要優(yōu)化設(shè)計(jì)，如減少觸發(fā)器數(shù)量、簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)等。05可編程邏輯器件及其應(yīng)用

可編程邏輯器件概述可編程邏輯器件（PLD）是一種集成電路，其邏輯功能可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行編程和配置。PLD經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展歷程，目前常見(jiàn)的類型包括可編程邏輯門(mén)陣列（FPGA）和復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）。PLD具有高集成度、高可靠性、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理等領(lǐng)域。編程完成后，需要將程序下載到PLD中進(jìn)行配置，這一過(guò)程通常使用專用的開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行。配置完成后，PLD就可以根據(jù)程序的要求實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能。PLD的編程通常使用硬件描述語(yǔ)言（如VHDL或Verilog）進(jìn)行，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的程序來(lái)描述數(shù)字電路的功能。PLD編程與配置方法CPLD通常用于實(shí)現(xiàn)中等規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng)，如通信設(shè)備中的信號(hào)處理模塊、工業(yè)控制中的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)等。FPGA由于其高度的靈活性和并行處理能力，廣泛應(yīng)用于高性能計(jì)算、圖像處理、人工智能等領(lǐng)域。例如，在人工智能領(lǐng)域中，F(xiàn)PGA可以用于實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器，提高人工智能應(yīng)用的計(jì)算效率和實(shí)時(shí)性。CPLD和FPGA應(yīng)用實(shí)例06數(shù)字集成電路及其應(yīng)用數(shù)字集成電路特點(diǎn)高集成度、高可靠性、低功耗、成本低廉、易于大規(guī)模生產(chǎn)。數(shù)字集成電路定義數(shù)字集成電路是將多個(gè)電子元件集成在一塊襯底上，完成一定的電路或系統(tǒng)功能的微型電子部件。數(shù)字集成電路分類按功能可分為門(mén)電路、觸發(fā)器、寄存器、譯碼器、比較器等；按集成度可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。數(shù)字集成電路概述123速度快、輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗較大。TTL集成電路特點(diǎn)功耗低、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定性好。CMOS集成電路特點(diǎn)TTL電路適用于高速邏輯電路，而CMOS電路適用于低功耗應(yīng)用，如電子表、計(jì)算器和微處理器等。比較TTL和CMOS集成電路特點(diǎn)比較03CD4017計(jì)數(shù)器10進(jìn)制可編程分頻器，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)主板上的動(dòng)態(tài)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器接口電路。0174LS00門(mén)電路實(shí)現(xiàn)與非邏輯功能，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)主板上的復(fù)位電路。0274HC00門(mén)電路高速CMOS門(mén)電路，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)主板上的時(shí)鐘發(fā)生器電路。常用數(shù)字集成電路芯片介紹及應(yīng)用實(shí)例07實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)掌握電路的基本原理和設(shè)計(jì)方法。培養(yǎng)獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能和數(shù)據(jù)處理能