计算机组成原理 教学课件 作者 黄颖 计算机组成原理3.ppt

计算机组成原理 第三章 数字电路和逻辑电路基础 3.1 布尔代数 3.2 逻辑函数的化简 3.2.1 代数化简法 [例1] 化简 3.2.2 卡诺图化简法 [例2] 化简 3.3 组合逻辑电路 3.3.1加法器 3.3.2译码器 3.3.3算术逻辑单元 3.3.4 数据选择器 3.4 时序逻辑电路 组合逻辑电路的输出仅与门电路有关，与电路的原状态没有关系，也就是网络中没有记忆特性。时序逻辑电路的特点是任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而且和电路的原状态有关。时序逻辑电路逻辑功能上的特点决定了时序逻辑电路在结构上的特点是：（1）电路上包含存储元件，通常由触发器构成；（2）存储元件的输出和电路的输入之间存在反馈连接。 3.4.1 触发器 3.4.2 寄存器和移位寄存器 1、数码寄存器 2、移位寄存器 3.4.3 计数器 3.5 阵列逻辑电路 ROM只能读取数据，而不能写入信息。ROM的特点就是具有非易失性，即在一定条件下将二值数据写入ROM后，这些数据不会因为芯片掉电而损失，所以在计算机的BIOS中就使用ROM来存储相关函数。只读存储器按照编程方式可以划分为掩模式ROM，PROM，EPROM，E2PROM和Flash Memory等。 RAM可以根据需要随时向存储器里写入数据或者从中读取数据，根据所采用的存储单元工作原理的不同，可以将随机存储器分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。 3.5.1 只读存储器ROM 1、掩模式ROM 掩模式ROM所存储的数据是在ROM芯片制造过程中固化到芯片内部的，芯片出厂后是无法更改的。这种芯片具有结构简单，价格低廉和可靠性高等特点，适合批量生产。生产厂家可以根据用户要求生产专用的掩模式ROM。 掩模式ROM一般包括地址译码矩阵，存储单元矩阵和输出缓冲区3个组成部分。 2、可编程只读存储器（PROM） 3、可擦除可编程只读存储器（EPROM） 可擦除可编程ROM可以分为两种，一种为EPROM，一种为E2PROM。 4、快闪存储器（Flash Memory） Flash memory是近年来应用广泛的一种新型存储器，可归属于E2PROM。其特点是在不加电的情况下能长期保持存储的信息。它既有ROM的特点，又有高速的存取性能，擦除改写比较方便，功耗也比较低。一些新型的主板上也使用Flash memory技术，使BIOS升级变得更为方便。目前主要有基于NOR技术和NAND技术的Flash Memory。 3.5.2 随机存取储存器（RAM） RAM可以分为SRAM和DRAM。SRAM内部使用的是类似D触发器的电路，只要不对它断电，存放在里面的数据就可以长久保存，而且它的速度很快，所以SRAM广泛应用于Cache中。而DRAM则使用由晶体管和小电容组成的存储单元构成的阵列来存放数据，通过电容的充电和放电来存放0和1。由于电容的放电现象，需要外部电路不断的进行刷新。 3.5.3 可编程逻辑器件（PLD） FPGA主要有四个组成部分： （1）可配置逻辑块（Configurable Logic Block，CLB） （2）可编程输入输出块（Input/Output Block，IOB） （3）可编程内部连线（Programmable Interconnect，PI） （4）重构逻辑的程序存储器。 3.6 VHDL硬件描述语言 3.6.1 VHDL语法 一个VHDL程序可由实体（Entity），结构体（Architecture），程序包（Package），库（library）和配置（Configuration）5个部分组成。 [例3] entity two_gates is port (A,B,D: in bit; E: out bit); end two_gates; [例4] architecture gates of two_gates is signal C: bit; begin C = A and B; -- concurrent E = C or D; -- statements end gates; 3.6.3 VHDL工具介绍 * 机械工业出版社 计算机组成原理 黄颖等主编 huangying@cqupt.edu.cn *