數(shù)字邏輯基礎(chǔ)衛(wèi)朝霞版.ppt

1 一 課程簡(jiǎn)介 1 課程性質(zhì)2 課程任務(wù)3 課程要求 2 第1章數(shù)制邏輯基礎(chǔ) 第2章邏輯代數(shù)基礎(chǔ) 第3章組合邏輯電路 第4章觸發(fā)器 第5章時(shí)序邏輯電路 第6章邏輯門(mén)電路 第7章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器與可編程器件 二 本課程講授內(nèi)容 3 三 實(shí)驗(yàn) 1 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí) 15學(xué)時(shí) 本 9學(xué)時(shí) 專(zhuān) 2 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 第二實(shí)驗(yàn)大樓5樓3 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 待通知實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 教材內(nèi)容實(shí)驗(yàn)要求 按時(shí)書(shū)寫(xiě)并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告 4 四 進(jìn)一步學(xué)習(xí)方向 1 學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 EDA 軟件 如 DataI O公司的SynarioAltera公司的Max plusII和QuartusII2 學(xué)習(xí)硬件描述語(yǔ)言 HDL 如 VHDL VerilogHDL AHDL 5 五 期末成績(jī)?cè)u(píng)定 1 平時(shí)出勤 上課討論 提問(wèn) 作業(yè) 實(shí)驗(yàn) 期中考試等為50分 2 期末考試卷面成績(jī)?yōu)?0分 6 六 參考書(shū) 1 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分 康華光 高等教育出版社2 數(shù)字邏輯 武慶生 機(jī)械工業(yè)出版社3 可編程邏輯器件與VHDL語(yǔ)言 程云長(zhǎng) 科學(xué)出版社4 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì) 謝生斌 清華大學(xué)出版社 7 第1章數(shù)字邏輯基礎(chǔ) 8 1 1概述 1 2數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 1 3帶符號(hào)數(shù)的代碼表示 1 4編碼 主要內(nèi)容 9 1 1概述 1 1 1數(shù)字邏輯研究的對(duì)象及方法1 1 2數(shù)字邏輯的應(yīng)用與發(fā)展 10 1 1 1數(shù)字邏輯研究的對(duì)象及方法 模擬信號(hào) 在時(shí)間上和幅度上連續(xù)變化的信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 在時(shí)間上和幅度上不連續(xù) 即離散 的信號(hào) u u 模擬信號(hào)波形 數(shù)字信號(hào)波形 t t 對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸 處理的電子線路稱(chēng)為模擬電路 對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸 處理的電子線路稱(chēng)為數(shù)字電路 11 數(shù)字電路的特點(diǎn) 研究邏輯關(guān)系 可采用邏輯代數(shù)進(jìn)行分析 變量 0 和 1 表示完全對(duì)立的邏輯狀態(tài) 而無(wú)數(shù)值大小關(guān)系 由半導(dǎo)體器件構(gòu)成 易集成化 對(duì)元件的精度要求低 有一定的邏輯運(yùn)算能力 不僅可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算 而且還能夠進(jìn)行邏輯判斷 具有體積小 重量輕 可靠性高 抗干擾能力強(qiáng) 集成化程度高 價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn) 12 1 1 2數(shù)字邏輯的應(yīng)用與發(fā)展 分類(lèi)按集成度不同按半導(dǎo)體器件不同雙極型 TTL型 電路和單極型 CMOS型 電路 按工作原理不同組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路 13 1 2數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 1 2 1進(jìn)位計(jì)數(shù)制1 2 2數(shù)制轉(zhuǎn)換 14 1 2 1進(jìn)位計(jì)數(shù)制 1 十進(jìn)制一組數(shù)碼 用來(lái)表示某種進(jìn)制的符號(hào) 如0 1 2 3 基數(shù) 數(shù)制所用的不同數(shù)碼的個(gè)數(shù) 如十進(jìn)制的基數(shù)是10 加法時(shí) 逢十進(jìn)一 減法時(shí) 退十當(dāng)一 若用R表示 稱(chēng)為R進(jìn)制 規(guī)律為做加法時(shí) 逢R進(jìn)一 做減法時(shí) 退一當(dāng)R 位權(quán) 表示不同位置上的權(quán)值 某個(gè)數(shù)位上的數(shù)值等于該位數(shù)碼乘以該位權(quán)值 15 任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)N的權(quán)展開(kāi)式 其中 括號(hào)外下標(biāo)為十進(jìn)制的基數(shù)10 n代表整數(shù)位數(shù) m代表小數(shù)位數(shù) Ki代表0 1 2 9十個(gè)數(shù)字符號(hào)中的任何一個(gè) 16 基數(shù)為R的進(jìn)位計(jì)數(shù)制的特點(diǎn) 有R個(gè)有序數(shù)字符號(hào) 0 1 2 R 1 遵循加法時(shí) 逢R進(jìn)一 減法時(shí) 退R當(dāng)一 的計(jì)數(shù)規(guī)則 任何一個(gè)R進(jìn)制數(shù)N都可以表示為 17 2 二進(jìn)制只有 0 和 1 兩個(gè)數(shù)碼 計(jì)數(shù)規(guī)律 逢2進(jìn)1 借1當(dāng)2 優(yōu)點(diǎn) 表示簡(jiǎn)單可靠 所用元器件少 存儲(chǔ)傳輸方便 運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單 電路容易實(shí)現(xiàn)和控制 任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N都可以表示為 18 3 八進(jìn)制有0 7八個(gè)數(shù)碼 計(jì)數(shù)規(guī)律 逢8進(jìn)1 借1當(dāng)8 任意一個(gè)八進(jìn)制數(shù)N可以表示為 4 十六進(jìn)制有0 9 A F十六個(gè)數(shù)碼 計(jì)數(shù)規(guī)律 逢16進(jìn)1 借1當(dāng)16 任意一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)N可以表示為 19 1 2 2數(shù)制轉(zhuǎn)換 1 R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)法 每一位上的數(shù)碼與其位權(quán)的乘積之和 20 例1 1 寫(xiě)出 11101 1 2 152 7 8 A12 1 16對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù) 解 21 2 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制 整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換 基數(shù)連除法規(guī)則 除基取余 商零為止 先得到的余數(shù)為低位 后得到的余數(shù)為高位 規(guī)則 乘基取整 滿(mǎn)足精度要求為止 先得到的整數(shù)為高位 后得到的整數(shù)為低位 小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換 基數(shù)連乘法 22 例1 2 將 29 25 10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 解 29 25 10 11101 01 2 23 3 二 八進(jìn)制轉(zhuǎn)換 23 8 1 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù) 例1 3 將 1110100110 1011 2轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù) 解 1110100110 1011 2 001110100110 101100 2 1646 54 8 所以 1110100110 1011 2 1646 54 8 24 2 八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 例1 4 將 5321 46 8轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 解 5321 46 8 101011010001 100110 2所以 5321 46 8 101011010001 100110 2 25 4 二 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換 24 16 1 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù) 例1 5 將 1110100110 1011 2轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù) 解 1110100110 10101 2 001110100110 10101000 2 3A6 A8 16 26 2 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 例1 6 將 5B21 4F 16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 解 5B21 4F 16所以 5B21 4F 16 0101101100100001 01001111 2 27 5 八 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換以二進(jìn)制為橋梁 28 1 3帶符號(hào)數(shù)的代碼表示 1 3 1原碼1 3 2反碼1 3 3補(bǔ)碼1 3 4浮點(diǎn)數(shù)的表示 29 符號(hào)數(shù) 真值 在數(shù)值前加 號(hào)表示正數(shù) 在數(shù)值前加 號(hào)表示負(fù)數(shù) 機(jī)器數(shù) 把符號(hào)數(shù)值化的表示方法 用 0 表示正數(shù) 用 1 表示負(fù)數(shù) 例 真值機(jī)器數(shù) 9 100101001 9 100111001 30 1 3 1原碼 1 原碼表示法 數(shù)值位用絕對(duì)值表示 符號(hào)位用 0 表示正號(hào) 用 1 表示負(fù)號(hào) 1 定點(diǎn)小數(shù) 例1 7 若X1 0 1101 X2 0 1101 則有 X1 原 0 1101 X2 原 1 1101 31 2 定點(diǎn)整數(shù) 例1 8 若X1 1101 X2 1101 則有 五位字長(zhǎng)的 X1 原 01101 X2 原 11101 八位字長(zhǎng)的 X1 原 00001101 X2 原 10001101 32 原碼特點(diǎn) 1 最高位為符號(hào)位 正數(shù)為 0 負(fù)數(shù)為 1 數(shù)值位與真值一樣 保持不變 2 0 的原碼表示有兩種不同的表示形式 例 0 原 00000000 0 原 10000000 3 原碼容易理解 與代數(shù)中正負(fù)數(shù)的表示接近 乘除運(yùn)算比較方便 但是加減運(yùn)算規(guī)則復(fù)雜 33 2 原碼運(yùn)算規(guī)則如下 判斷被加數(shù)和加數(shù)的符號(hào)是同號(hào)還是異號(hào) 若是同號(hào) 將兩數(shù)相加 結(jié)果的符號(hào)與被加數(shù)的符號(hào)一致 若是異號(hào) 先比較兩數(shù)絕對(duì)值 數(shù)值 的大小 然后用大數(shù)值減去小數(shù)值 結(jié)果的符號(hào)與大數(shù)值的符號(hào)一致 34 例1 9 若 X1 原 01101 X2 原 11001 用原碼運(yùn)算求X1 X2 解 因?yàn)閄1為正數(shù) X2為負(fù)數(shù) 異號(hào) 所以先比較兩者絕對(duì)值 數(shù)值 的大小 X1 1101 X2 1001 X1 X2 再用大數(shù)減去小數(shù) X1 X2 1101 1001 0100 最后判斷結(jié)果的符號(hào) 與X1一致 為正 因此 X1 X2 原 00100 35 1 3 2反碼 1 反碼表示法 符號(hào)位用 0 表示正號(hào) 用 1 表示負(fù)號(hào) 正數(shù)的反碼數(shù)值位與真值的數(shù)值位相同 負(fù)數(shù)的反碼數(shù)值位是將真值各位按位取反 0 變成 1 1 變成 0 得到 36 1 定點(diǎn)小數(shù) 例1 10 若X1 0 1101 X2 0 1101 則有 X1 反 0 1101 X2 反 1 0010 37 2 定點(diǎn)整數(shù) 例1 11 若X1 1101 X2 1101 則有 五位字長(zhǎng)的 X1 反 01101 X2 反 10010 八位字長(zhǎng)的 X1 反 00001101 X2 反 11110010 38 2 反碼運(yùn)算反碼運(yùn)算規(guī)則如下 X1 X2 反 X1 反 X2 反 X1 X2 反 X1 反 X2 反將 X 反變?yōu)?X 反的方法 符號(hào)位連同數(shù)值位一起變反 39 例1 12 若X1 1101 X2 0010 用反碼運(yùn)算求X1 X2和X1 X2 解 X1 反 01101 X2 反 11101 X2 反 00010 X1 X2 反 X1 反 X2 反 01101 11101 01011 X1 X2 反 X1 反 X2 反 01101 00010 01111 40 1 3 3補(bǔ)碼 1 補(bǔ)碼表示法 符號(hào)位用 0 表示正號(hào) 用 1 表示負(fù)號(hào) 正數(shù)補(bǔ)碼的數(shù)值位與真值的數(shù)值位相同 負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的數(shù)值位是將真值各位按位取反 0 變成 1 1 變成 0 后 最低位加1得到 41 1 定點(diǎn)小數(shù) 例1 13 若X1 0 1101 X2 0 1101 則有 X1 補(bǔ) 0 1101 X2 補(bǔ) 1 0011 42 2 定點(diǎn)整數(shù) 例1 14 若X1 1101 X2 1101 則有 五位字長(zhǎng)的 X1 補(bǔ) 01101 X2 補(bǔ) 10011 八位字長(zhǎng)的 X1 補(bǔ) 00001101 X2 補(bǔ) 11110011 43 2 補(bǔ)碼運(yùn)算補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則如下 X1 X2 補(bǔ) X1 補(bǔ) X2 補(bǔ) X1 X2 補(bǔ) X1 補(bǔ) X2 補(bǔ)將 X 補(bǔ)變?yōu)?X 補(bǔ)的方法 符號(hào)位連同數(shù)值位一起變反 末位加1 44 例1 15 若X1 1101 X2 0010 用補(bǔ)碼運(yùn)算求X1 X2和X1 X2 解 X1 補(bǔ) 01101 X2 補(bǔ) 11110 X2 補(bǔ) 00010 X1 X2 補(bǔ) X1 補(bǔ) X2 補(bǔ) 01101 11110 01011 X1 X2 補(bǔ) X1 補(bǔ) X2 補(bǔ) 01101 00010 01111 45 1 3 4浮點(diǎn)數(shù)的表示 1 浮點(diǎn)數(shù)的形式定點(diǎn)數(shù) 數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置固定不變 常表示整數(shù) 浮點(diǎn)數(shù) 數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置不固定 常表示實(shí)數(shù) 二進(jìn)制所表示的浮點(diǎn)數(shù)的一般形式M S 2P其中S是數(shù)M的尾數(shù) 表示數(shù)的精度 P是數(shù)M的階碼 確定了小數(shù)點(diǎn)的位置 表示數(shù)的范圍 46 2 浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算 1 加減運(yùn)算步驟如下 1 判斷操作數(shù)中是否有零存在 2 對(duì)階 一般來(lái)說(shuō) 以大的階碼為準(zhǔn) 調(diào)整小的階碼直到二者相等 3 階碼對(duì)齊后 尾數(shù)進(jìn)行加 減運(yùn)算 4 若運(yùn)算后的結(jié)果不符合規(guī)格化約定 需要對(duì)尾數(shù)移位 使之規(guī)格化 并相應(yīng)地調(diào)整階碼 47 例1 16 若X1 0 1100 2001 X2 0 0011 2011 求X1 X2 解 因?yàn)閮蓴?shù)階碼不一致 所以先對(duì)階 將X1的小數(shù)點(diǎn)向左移2位 同時(shí)階碼加2 可得到 X1 0 1100 2001 0 0011 2011 X1 X2 0 0011 2011 0 0011 2011 0 0011 0 0011 2011 0 0110 2011所得結(jié)果不是規(guī)格化數(shù) 將運(yùn)算結(jié)果規(guī)格化可得 0 1100 2010 48 2 乘除運(yùn)算對(duì)于乘法運(yùn)算 將階碼相加 尾數(shù)相乘 最后對(duì)乘積做規(guī)格化即可 對(duì)于除法運(yùn)算 將階碼相減 尾數(shù)相除即可得到運(yùn)算結(jié)果 例1 17 若X1 0 1100 2001 X2 0 0011 2011 求X1 X2 解 X1 X2 0 1100 2001 0 0011 2011 0 1100 0 0011 2001 011 0 0010 2100 49 1 4編碼 1 4 1二 十進(jìn)制編碼1 4 2可靠性編碼1 4 3字符編碼 50 1 4 1二 十進(jìn)制編碼 用四位二進(jìn)制數(shù)表示0 9十個(gè)數(shù)碼 即為二 十進(jìn)制編碼 又稱(chēng)BCD碼 四位二進(jìn)制數(shù)最多可以有16種不同組合 不同的組合便形成了一種編碼 主要有 8421碼 5421碼 2421碼 余3碼等 51 二進(jìn)制數(shù) 自然碼 8421碼 2421碼 5421碼 余三碼 52 1 8421碼有權(quán)碼 從左到右權(quán)值依次為8 23 4 22 2 21 1 20 按4位二進(jìn)制數(shù)的自然順序 取前十個(gè)數(shù)0000 1001依次表示十進(jìn)制的0 9 后6個(gè)數(shù)不允許出現(xiàn) 即1010 1111這六個(gè)代碼為 偽碼 例1 18 寫(xiě)出 213 85 10對(duì)應(yīng)的8421碼 10111 10010111 8421對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù) 解 213 85 10 001000010011 10000101 8421 10111 1001011 8421 00010111 10010110 8421 17 96 10 53 2 5421碼和2421碼5421碼各位權(quán)值從高到低依次為5 4 2 1 0000 0100 1000 1100十個(gè)碼分別對(duì)應(yīng)表示十進(jìn)制數(shù)的0 9 偽碼是0101 0110 0111 1101 1110 1111 2421碼從左到右各位權(quán)值依次為2 4 2 1 0000 0100 1011 1111十個(gè)碼分別對(duì)應(yīng)表示十進(jìn)制數(shù)的0 9 偽碼是0101 0110 0111 1000 1001 1010 54 3 余3碼比對(duì)應(yīng)的8421碼多0011 3 故得名余3碼 有六個(gè)冗余碼 偽碼 0000 0010 1101 1111 是一種無(wú)權(quán)碼 例1 19 寫(xiě)出 10111 10010111 8421對(duì)應(yīng)的余3碼 解 10111 1001011 8421 00010111 10010110 8421 01001010 11001001 余3碼 數(shù)碼 余三碼 中間10個(gè)碼 55 1 4 2可靠性編碼 能減少錯(cuò)誤 發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤 甚至糾正錯(cuò)誤的編碼稱(chēng)為可靠性編碼 糾錯(cuò)的三