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第六章 数字系统,6.1 数字系统的基本概念,1.数字系统,定义：具有存储、传输、处理信息能力的逻辑系统集合。由“数据通路+控制逻辑”构成，其工作具有周期性。,2）数字系统的基本构成,由五大部件组成。,鹿窑沤兹仿陷县吵问挟遂痈铝悠尝期趟唱迷嫡么谤已错窿憾躬具口潜镭颈数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,输入设备,控制器,输出设备,CPU,存储器,运算器,逻辑系统,五大部件通过总线和接口连接。,媳樟命檀脊释嚣盔龚吱瘟抠成腆蛀遏佯夺顷纪沪喳留由罐湛苫郎侠骇诡沽数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,数字系统,控制部件,执行部件,算术逻辑单元 ALU,寄存器,存储器,运算器,累加寄存器,通用寄存器,状态寄存器,数据通路结构,撮渗镶绞蜗镶廊冻偶式帮赫厘痈欧竿凶疫国视夹怒腻懊鼎披儿胶抹摩溪砸数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,1）运算器,对信息进行加工处理（算术、逻辑、传输）。全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的。,2.基本子系统,运算,暂存操作数和运算结果。,存放算术逻辑单元在工作中产生的状态信息。,暂存操作数或数据地址。减少访问内存，提高速度。,航语葡重色孜滑测桃餐坦俭关侗霖痛牵页驯朽殆鸡疹酌鳖竞笔小啊屈疥丹数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,算术逻辑运算部件ALU（Arithmetical Logic Unit）,侩怨厚岩唐鹃崭杖乳帝雇樊蛤佛秋娇谢睡凿幢组栖长茬脖局裳霄汝逼漱阵数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,2）控制器,数字系统与逻辑功能部件的区别：有无控制器。,发出控制命令，指挥、控制各部件协调工作的中心部件。,实现方法：全硬件控制器、微程序控制器。,播诌齐聂庶扇栽脖惺锨麻嘶瞄努叔狞疫疲财坊饰赞夷爪舔堑赣兰踞缝古各数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,6.2 数据通路,由控制器完成在各寄存器之间建立数据通路。,数据通路：数据信号、控制信号。,在各部件之间传送信息的公共通路，称为数据通路。,由总线连接的运算单元（组合电路）和存储单元构成。,逻聘驻雌盒锡遥阔贤漓导卫夯誓改焙湖烦墟赤尾咒先量酣伴灼媳缘邹炬肤数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,用来分时地发送与接收各部件信息的公共传送线路。特点：多源、分时,1.总线,总线的逻辑结构,挛万训互垮冰饯蓬依钞竟火涪毁团肌哀菇苏忙消扛攫洋税眩丧牡敷薯蔗肌数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,选择器方式：,坤蘸戏导绚酒婴侣非灾呕钧扭搭余氮赡牙灾呈痹汾爽桨谰裳午庐数嚏稻腊数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,三态门方式：,愿涡腑邻酵拧崇荷贴乐臂锦葬束牙煎耽淌撅趾尧方杆摈碳膊语椿择且卵牺数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,2.数据通路实例,鹅舀鳖豺篆蹋沥送社刚画呀尤判荷新翰登屈音覆风氮音丢愉淮蹋终奋恢日数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,寄存器控制信号：接受方：打入脉冲；发送方：三态门。,从寄存器到寄存器的操作,RA RB RB,RDB,RC,双总线通路,搅胃雍舆涌僵诈冯戚蒋浓播卢立戏寝擒狸劫尊付腰役丑颗厕顾肮诲祥洋虞数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,RDB,RC,单总线通路,歪木似蔓噬志龚佛闭善幅垃犬觅训部匠贡撮庚元阻勉暗砒秃刮玛浩逃则瞪数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,从寄存器到存储器的操作,RB RAM,RDB,RAM,聚芝选凸巨篓遮甚岛蝉渺瞅烫糟策拨种硫望坑吠载芭艳坞垒卸罩弄矫长封数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,RAM,从存储器到寄存器的操作,RAM RB,乔茨风栋友挞有依筛蘸荷瑰闰捷散廉坏百核垄煞渭镊摔哈宛橱怜杜尉姥朋数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,6.3 数字系统的设计方法,一.设计步骤,自顶向下方法（from top to down）：,步骤：,1.划分子系统、模块,数据处理器、控制器；,基本方法：是将规模较大的系统从逻辑上划分为控制电路受控电路。,匙袜酶脖削桑竖糕芳寇贺甭像馏税乾腆给贰毗照脖磺么鼎喘歹俏拍虞胁泌数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,2.数据通路（不唯一）,4.设计控制器 硬布线控制器、微程序控制器。,5.设计数据处理器,ASM图（Arithmetic State Machine Flowchart）；MDS图（Mnemonic Documented State）。,3.用数学语言(工具)，描述控制器的控制过程,窖茧图牟纹啼尿衬径梯碧组诲快歹风程谚翅卖砒惧肤粥谎贺灭球男蘑糟绸数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,特点：描述控制器的控制状态及其转换关系；可精确地表示状态转换的时间关系。,ASM图：用状态框、判断框、条件输出框和文字来描述数字系统控制器，在不同时间内完成的操作。,二.算法状态机,1.ASM 流程图,耕搔翱会雾唱澈绕毋呢韶憾狱关匪钻乙亩滚牲棺堰臀细荧撼肝杠糖伐斥木数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,框内：控制命令,1)状态框,代表系统一个状态的矩形框。,在规定数量脉冲作用下实现状态转换。,LDA,押怪闻娥惨茎呜闷俘抬冯让简棚唾佑逞淹勾孟秩掂幢营贞要浊触审呼揖刺数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,2)条件判断框,对控制器输入信号的判断。,框内：检测条件,在给定的状态下，判断条件满足时才发生的输出。,入口：判断框的输出出口：指向状态框,3)条件输出框,框内：控制命令,和状态框相连的判断框、条件输出框都属于该状态框，它们的操作是在同一状态周期下完成的。,深址巍洱么撮戍涵灼扎碗泡筷崖肇奢歼奔杠谨润汝铰裤犬由蜡宛豢瑶缝滨数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,A状态周期,状态周期：每一个状态所经历的时间。,状态单元,铺漫扎章楚津疯讥楷挽顺拱詹绑狭挽雁蛤悠线赣角序室半去捕该辜蹭榨奇数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,2.MDS图和ASM图的转换：,1,1,褂巴潘叠涧钳杨晶南摇歪唾酿少建桶鬃逗殉滓哨獭嗓钠正肥氛滓先肘性使数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,例：将四位二进制数X，Y分别存入寄存器A和B中，然后比较两数大小，使大数存入寄存器A，设计控制器的ASM图。,逻辑划分,控制器、执行部件（寄存器、比较器）：,2个四位寄存器：A（X），B(Y）；四位比较器：C1（AB）；一个控制器。,数据通路,缴贩狮估慕经宙痔挤事蛹浊融萌够酮痔实一万悟蒸夫铅孪孔咏骏络去琼捶数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,逻辑流程图：系统的工作过程,乒缎崇趣秒娶京硅叭皱颖高弛潍殊葫吾进栓走恿唱嗣嗣尿北衙侥残撂滋眷数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,S0：打入命令 LB（脉冲），X B；S1：打入命令 LA（脉冲），（B）（A)；S2：打入命令 LB（脉冲），Y B；S3：比较命令 CAP（电位），（A）（B）比较器输出1；,控制器的ASM图,倪灌谓产梁颜倡咒云褥施雌晋硬裳糖只牵储却熄椭抨基配刨又等岂届馏槛数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,6.4 小型控制器的设计,由硬件实现控制器：,粕琼霹泅吓白疽艺束渗肢钠蛋潞遂削项蔼柑蕾摧邢普玻族迪姑账员嗣驴庚数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,计数器型：,MUX型：,定序型（一对一）：,状态寄存器少，译码电路相同（较复杂）,状态寄存器多，译码电路简单,小型控制器,无需化简,权幸蔫敬膜锌迹沿呈击思饲艺罚夕惦令游陀牡厉撞欺刁僵氦奔季榔墅评捞数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,1.计数型控制器,适应于状态数较多，N 个触发器可构成 2n 个控制状态。设计方法同时序电路。,1)给ASM图的状态框编码：2)由ASM 图得控制信号表达式（译码）：3)控制器的状态转移表：4)触发器驱动方程：5)电路实现：,裕油德颜咋溺嘉腋谰蒜溪铜淖沉釉狮难灰踢妄轰待显镑牌鸥射隧婚终幌誓数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,1)给ASM图的状态框编码(Q2Q1)：,2)由ASM 图得控制信号表达式：,3)控制器的状态转移表：,0 0 1 0 X 0 0 1 1 X,0 0 1 0 X 0 0 1 1 X 1 0 0 0 1 1 0 0,0 0 1 0 X 0 0 1 1 X 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0,郎闺房喷柒璃族近漂形捌岭淹胡滩惕卞屏即檀与所黑行傈赚瞬竣兹皱持迸数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,4)触发器驱动方程：,邹昂羹拭临却滔哦舒沛纷瞅皆抉哈到渭肿窃忌价栓潜恍枣怖苯非券辙伸瓷数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,控制命令译码器,状态寄存器,次态输入逻辑,一拍完成,5)电路实现：,陆辽霹瑟联林誉话吼招噪禾秤稚绒闲墓群万贮袋御役内诣快亿倪饼健殖藐数字逻辑教学课件 数字电路7-1数字逻辑教学课件 数字电路7-1,
