计算机结构与逻辑设计(13总结)

计算机结构与逻辑设计最后总结！学习总结本课程的目的与任务掌握数字电路及系统的分析、设计方法掌握计算机硬件结构的基本原理和用数字电路实现的方法本课程的结构绪论——总述1~3章——基本理论与基本方法4~7章——计算机各部分的功能与设计本课程的学习方法抓基本概念基本方法基本思路基本应用基本技能绪论基本概念1）数字信号的定义及其优点2）计算机的结构及其运行特点3）纯硬件数字系统与计算机的异同基本思路1）信号携带信息的方式与其处理方法2）冯.诺依曼思想计算机中的数制和码制基本概念1）数制（基数，权，表达式）2）二进制的优点3）数与码的区别，计算机中信息的表达4）机器数的表示方法（原码、补码、反码及其运算法则）计算机中的数制和码制基本方法1）数的按权展开以及叠代公式（二进制）N=rn-1rn-2…ri…r1r0.r-1r-2…r-m=Σri×2in-1-m（设为8位整数,6位小数）N=((((((r7·2+r6)·2+r5)·2+r4)·2+r3)·2+r2)·2+r1)·2+r0N=0.5(r-1+0.5(r-2+0.5(r-3+0.5(r-4+0.5(r-5+0.5r-6)))))2)原码、（真）补码、R-1补码原码——符号位+尾数补码——符号位+（Rn-尾数）R-1补码——符号位+（Rn-1-尾数）3）原码、补码、反码的运算溢出的处理4）定点数与浮点数的表示方法计算机中的数制和码制基本思路1）数制——以权为核心，一切进位、运算、转换都围绕权字展开。2）计算机中的一切信息均用0和1表示。3）码不是数，数是客观存在的物理量的标度，码是计算机中用来表示数的方式，同一个数可以有各式各样的码来表示，通常有长度的概念。4）原码——由数自然转换而来，人所熟悉，计算机中不采用。补码——计算机中采用，数字输入进入计算机系统操作之前，必先转换成补码。反码——由于反码（负数）尾数的二进制码元与原码恰好相反，而相应的补码为反码+1，所以通常用反码作为原码与补码之间转换的媒介。计算机中也可使用反码系统。5）补码与相反数的区别负数-91原码11011011求补（尾数变反加1）得其补码为补码10100101仍是负数负数-91的相反数+91原码01011011补码01011011原码求补码为不带符号的求补，在某些接口中存在。求相反数为连同符号的求补，在运算过程中存在。计算机中的数制和码制基本应用1）设计求补电路，求反电路2）设计二进制与BCD码之间的的转换电路计算机中的数制和码制基本技能1）十进制——二进制——八进制——十六进制——NBCD码——其他BCD码之间的互换。2）原码——反码——补码之间的互换第二章逻辑函数与门网络基本概念1）布尔代数——逻辑命题与逻辑描述2）逻辑函数——各种描述方法及其相互关系3）组合逻辑——定义与电路特点第二章逻辑函数与门网络基本方法逻辑简化技术卡诺图简化技术标准化实现技术MSI器件的扩展方法下一事件模拟方法PLD图形表示方法组合逻辑电路的分析与设计方法混合逻辑描述方法第二章逻辑函数与门网络基本思路组合电路的设计最小化的思想——相邻项合并、最小闭覆盖标准化——化成最基本的单元（最小项）然后再组合器件延迟——竞争——险象——消除与避免大规模集成的必要与方法第二章逻辑函数与门网络与（非）门网络（译码器）——+或门=与、或网络（数据选择器）——多个组合与、或阵列（PLD）与阵列+或阵列=译码+编码=地址+存储器PROM——PLA——PAL第二章逻辑函数与门网络基本应用构成运算电路、处理电路——编码器、译码器、码制变换器、数据选择器、比较器、加法器、减法器、求补电路、求反电路、乘法电路、奇偶校验电路设计各种接口电路CPLD的编程阵列第二章逻辑函数与门网络基本技能将逻辑命题转化为逻辑描述分析组合逻辑电路设计组合逻辑电路（最小化、标准化）各种描述方法之间的转换各种MSI组合逻辑器件的运用VHDL描述组合逻辑电路第三章时序逻辑电路基本概念1）存储、触发与控制2）时序电路的状态与行为3）数据信号的传送第三章时序逻辑电路基本方法时序电路（含触发器）的描述方法（小规模器件构成的）同步时序的分析方法与设计方法MSI时序逻辑器件功能表阅读方法MSI时序逻辑器件的级连方法（MSI时序逻辑器件构成的）时序逻辑电路分析方法和设计方法第三章时序逻辑电路第三章时序逻辑电路基本思路组合逻辑——+正反馈（延时）=基本触发器——+门控电路=锁存器——+防竞态措施=无竞态触发器——同步时序逻辑电路竞态产生的原因及其解决办法（割断输入输出直接联系—主从方式，缩短开门时间—边沿方式）第三章时序逻辑电路真值表——（加上内输入和次态）状态转换真值表——状态转换卡诺图——状态图时钟的控制作用——同步与异步——第三章时序逻辑电路基本应用寄存器触发器——一位寄存器数据寄存器——多位寄存器移位寄存器——数据可移动寄存器计数器——每次加（减）寄存器存储器——寄存器阵列时序机第三章时序逻辑电路基本技能触发器画波形简单时序电路画波形同步时序电路分析，画状态图阅读MSI时序器件功能表，识别器件，正确使用VHDL描述时序电路功能MSI混合电路的分析与设计第四章算术逻辑运算电路基本概念1）基本运算电路——组合电路2）运算器（ALU）的设计方法——算法及其实现方法3）运算器的主要矛盾第四章算术逻辑运算电路基本方法基本运算电路的设计方法组合电路的设计方法根据算法确定ALU的构成方法算法——流程——结构——控制流第四章算术逻辑运算电路基本思路基本运算为组合电路控制数据在寄存器中的传送算术运算的实现方法组合电路ROM（查表）用最基本的运算电路按算法进行串行运算与并行运算第四章算术逻辑运算电路基本应用计算机的基本组成某些电路中的计算环节逻辑判断电路第四章算术逻辑运算电路基本技能设计与应用基本运算电路根据算法确定ALU结构与安排命令流（用RTL语言绘出流程图）第五章存储器基本概念1）主存的结构与存储机理2）计算机中存储器系统的层次化设计3）虚拟存储器第五章存储器基本方法存储器的字、位扩展方法存储器的层次化管理方法第五章存储器基本思路按地址访问存储单元存储器虽然是一个存储器件，但在使用中却相当于组合电路存储器自身的主要矛盾——速度与成本（容量）——存储器层次化管理体系存储器存取速度与CPU高速处理能力之间的矛盾——第五章存储器基本应用1）存储数据与指令2）实现组合逻辑函数3）配合触发器实现时序逻辑第五章存储器基本技能正确读写存储器（波形）能正确扩展存储器的容量第六章终端、总线与接口基本概念1）哑终端与智能终端2）终端与CPU通信方式及其主要矛盾3）D/A的基本原理4）量化（数字化——A/D）的基本原理5）总线的种类与作用6）接口的定义与作用第六章终端、总线与接口基本方法输入的编码方法（对键盘—开关信号，对模拟信号A/D）输出的译码方法（译成开关信号，译成模拟信号）A/D与D/A转换的原理与方法第六章终端、总线与接口基本思路输入设备—编码器，输出设备—译码器——模、数之间接口A/D、D/A慢终端与快CPU的矛盾——解决策略——接口要求第六章终端、总线与接口基本应用计算机终端与CPU之间的接口逻辑电子系统中模拟与数字之间的接口电路与有关逻辑电子系统中各部件之间的接口与逻辑第六章终端、总线与接口基本技能合适选用A/D与D/A，计算A/D与D/A的参数选择（CPU与终端之间）合理的通信方式，设计其接口逻辑与电路计算A/D、D/A的有关数据与时序流程安排校验码第七章控制单元基本概念1）控制什么？2）如何控制？3）微程序控制器与程序控制器的区别4）纯硬件控制器与程序控制器的区别5）第七章控制单元基本方法组合电路控制器——将节拍信号与译码器输出信号组合产生不同的命令控制数据的传送微程序控制器——将各种命令存于微存储器（ROM）中，按微程序安排取出这些命令控制数据的传送纯硬件控制器（时序机）——RTL语言——描述寄存器中数据的传递第七章控制单元基本思路控制数据在寄存器之间的传送——控制目标寄存器的接受——处理（运算）属组合电力，不占时间控制过程按算法流程进行——设计受控电路——安排算法流程——设计控制器（时序机）——联机试验第七章控制单元基本应用计算机与数字系统的核心电路第七章控制单元基本技能1）能根据算法确定控制流程（用RTL语言描述）2）能在教材提供的控制器电路上增添新的控制指令3）根据控制流程设计控制器——状态机设计（以后）