2.1.1 加法器及作用加法器是数字系统中一种最基本的组合逻辑电路。在计算机中，加、减、乘、除四则算数运算最终都是在加法器中进行的。

& Ai Si Bi Si Ai Bi Ci CO & Ci 图2.2 半加器逻辑符号图2.1 半加器逻辑电路 2.1.1 加法器及作用加法器是数字系统中一种最基本的组合逻辑电路。在计算机中，加、减、乘、除四则算数运算最终都是在加法器中进行的。 1．半加器 :两个二进制数相加，只考虑两个数本身，不考虑来自低位进位的加法器叫做半加器。

2．全加器:两个二进制数相加，不仅考虑两个加数本身，还考虑来自低位进位的加法器叫做全加器。2．全加器:两个二进制数相加，不仅考虑两个加数本身，还考虑来自低位进位的加法器叫做全加器。

3．多位数加法器 :实用加法器往往是多位全加器，其基本形式有串行进位加法器和超前进位加法器两种。（1）串行进位加法器（2）超前进位加法器: 为了提高多位加法器的运算速度，必须想办法减小或消除因进位信号逐级传递所用的时间。如果使每一位全加器的进位信号不依赖于从低位逐级传递，而是一开始就能确定，则可以大大提高运算速度。

2.1.2 译码器及作用 译码器指的是具有译码功能的逻辑电路，译码是编码的逆过程，它能将二进制代码翻译成代表某一特定含义的信号（即电路的某种状态），以表示其原来的含义。译码器可以分为：变量译码（如2线---4线译码器74LS139、3线---8线译码器74LS138等）、码制变换译码器（如BCD码---十进制码译码器7442,、余3码---十进制码译码器等）和显示译码器（如七段显示译码器7448等）。 1．二进制译码器二进制译码器是一种由编码的输入信号触发后选择一条输出线信号有效的器件。通常情况下，输入的是一个n位二进制数，最多会有2n条输出线。

2．二-十进制译码器 二-十进制译码器能将BCD码的10种代码翻译成对应十进制的10个高、低电平。

3．显示译码器 数字系统中，经常需要将数字、符号等的二进制代码翻译成人们习惯的形式并显示出来，这样就产生了显示译码器。因此，数字显示译码器是许多数字设备补课缺少的部分。常用的数字显示电路结构如图2.11所示。 (1)数字显示器件数字显示器件种类很多，按照发光物质的不同，可以分为发光二极管显示器（LED）、荧光显示器、辉光显示器、液晶显示器（LCD）等；按照组成数字方式的不同，又可以分为分段式、点阵式、字形重叠式等。目前使用最广泛的使分段式发光二极管显示器。它是由七个做成条形的发光二极管排列成七段组合字形，分段显示数字的发光二极管显示器件，其结构示意图及段组合系那是字形如图2.12所示。

(2)显示译码器 常用的七段显示译码器7448的组成和工作原理。如图2.13所示为七段显示译码器7448的逻辑图，其有效电平为高电平，用以驱动共阴极显示器。该显示译码器有4个输入端、7个输出端和3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO。

2.1.3 算术运算逻辑单元 由一位全加器(FA)构成的行波进位加法器,它可以实现补码数的加法运算和减法运算。但是这种加法/减法器存在两个问题：一是由于串行进位,它的运算时间很长。假如加法器由n位全加器构成,每一位的进位延迟时间为20ns,那么最坏情况下, 进位信号从最低位传递到最高位而最后输出稳定,至少需要n*20ns,这在高速计算中显然是不利的。二是就行波进位加法器本身来说,它只能完成加法和减法两种操作而不能完成逻辑操作。本节我们介绍的多功能算术/逻辑运算单元(ALU)不仅具有多种算术运算和逻辑运算的功能,而且具有先行进位逻辑, 从而能实现高速运算。一位全加器(FA)的逻辑表达式为 Fi＝Ai⊕Bi⊕Ci Ci＋1＝AiBi＋BiCi＋CiAi

2.1.4 三态门及作用 1.三态输出门的三态三态逻辑（Three State Logic,TSL）门的输出端除了具有逻辑上的高电平和低电平两种输出状态外，还有电路上的第三态------高阻态。三态逻辑门可以等效理解成在基本逻辑门输出端后又等效增加一个电子开关，见图2.17。等效开关由使能控制端EN(enable)控制，开关闭合时，三态门就等效成基本逻辑门，开关断开时，三态门的输出处于高阻状态。

2.三态输出门原理结构 （1）TTL三态门（高电平有效）（2）TTL三态门（低电平有效）（3）TTL三态门的应用

2.1.5 异或门及作用 异或门电路它由一级或非门和一级与非门所组成。

2.1.6 数据选择器及作用 数据选择器可以从多通道数字输入信号中选择一路所需要的信号。

2.2.1 触发器及原理 触发器属于具有稳定状态的电路，在外触发信号作用下能按某一逻辑关系产生相应响应并保持二进制数字信号。具有两种稳定状态（0和１）的触发器，叫双稳态触发器，简称触发器，主要用于计数、寄存等；具有一种稳定状态和一种暂稳定状态的触发器，叫单稳态触发器，主要用于定时控制、波形变换等。 1.触发器的特点 2.触发器的类别 3.触发器的电路模型 4.工作原理 2.2 时序逻辑电路的应用

2.2.2 寄存器及原理 在数字电路中，用来寄存二进制信息的电路称为寄存器。它通常把一些待运算的数据、代码或运算的中间结果作暂时寄存。因此，寄存器是数字系统中的基本逻辑部件。由于一个触发器能寄存一位二进制信息，所以，要寄存ｎ位二进制信息时，电路就要有ｎ个解发器。 1.数码寄存器数码寄存器具有接收数码、存储数码功能时序逻辑部件。寄存器是由触发器组成的，一个触发器可以存放一位二进制数码，所以一个触发器就是一位寄存器。ｎ位寄存器则要用ｎ个触发器。

2.移位寄存器 在一些数字系统中，不仅要求寄存器能够存放数码，而且还要求数码能在寄存器中逐位左移或右移。具有移位功能的寄存器叫做移位寄存器。 (1)左移移位寄存器

(２)右移寄存器

2.2.3 计数器及原理 计数器是典型的时序电路，它因能对脉冲个数进行计数而得名。计数器的应用广泛，如用来分频、控制、测时、测速、测频率等，因此计数器是数字系统中的基本逻辑部件。计数器的分类方法很多，按计数器中触发器状态的变化顺序分类，可分为同步计数器和异步计数器；按计数进位制分，可分为二进制计数器、十进制计数器以及其他计数体制的计数器；按计数过程中数值的增减来分，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。无论怎样分类，计数器和其他时序电路一样，是由存储元件触发器和门电路组成的。 1.二进制计数器二进制计数器又称n位二进制计数器，是指模值M=2n的计数器，如3位二进制计数器、4位二进制计数器等等。N位二进制计数器的计数范围是0~（2n-1）。 (1)同步计数器 (2)异步计数器

2.十进制计数器 十进制计数器是指模值M=10的计数器，又称“二一十”进制计数器或BCD计数器。这种计数器的工作循环中有10种状态，所以由4个触发器构成。较为典型的十进制计数器有74LS90和74LS60等。 (1)74LS90

2）74LS160

存储器的主要职能是存放指令（程序）和数据，计算机的工作依赖于存储器中的程序和数据。有了存储器，计算机就具有记忆能力，因而能自动地进行操作。在计算机中，采用什么样的存储介质，怎样组织存储器系统以及怎样控制存储器的操作是计算机存储器设计的基本问题。存储器的主要职能是存放指令（程序）和数据，计算机的工作依赖于存储器中的程序和数据。有了存储器，计算机就具有记忆能力，因而能自动地进行操作。在计算机中，采用什么样的存储介质，怎样组织存储器系统以及怎样控制存储器的操作是计算机存储器设计的基本问题。 • ＲＯＭ存储器里的内容一旦写入后，在正常使用的情况下就只能读，不能修改。即使断电，ＲＯＭ所存储的内容也不会丢失。根据半导体制造工艺的不同，可分为掩模式只读存储器（ＭａｓｋＲＯＭ）、可编程序的只读存储器（ＰＲＯＭ）、可擦除可编程序的只读存储器（ＥＰＲＯＭ）、可电擦除可编程序的只读存储器（ＥＰＲＯＭ）和快擦除读写存储器（ＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙ）。 2.3 计算机常用的阵列逻辑电路

１．掩模式只读存储器 掩模式ＲＯＭ由芯片制造商在制造时写入内容，出厂以后只能读而不能再写入。其基本存储原理是以元件的有／无来表示该存储单元的信息（１或０）。掩模式ＲＯＭ常用二极管或晶体管做为存储元件，所以，掩模式ＲＯＭ的存储内容写入后是不会改变的。２．可编程序的只读存储器可编程序的只读存储器和掩模式ＲＯＭ不同的是出厂时厂家并没有写入数据，而是保留里面的内容为全０或全１，由用户来编程，即一次性写入数据，也就是改变部分数据为１或０，即用户根据自己的需要来确定ＲＯＭ中的内容。常见的熔丝式ＰＲＯＭ是以熔丝的接通和断开来表示所存的信息为１或０。刚出厂的产品，其熔丝是全部接通的，使用前用户根据需要断开某些单元的熔丝（写入）。但是，熔丝断开后就不能再接通了。

３．可擦除可编程序的只读存储器 为了能多次修改ＲＯＭ中的内容，便产生了ＥＰＲＯＭ，在源极Ｓ与漏极Ｎ之间有一个浮栅，当浮栅上充满负电荷时，源极Ｓ与漏极Ｎ之间导通，存储数据０，否则不导通，存储数据１。由于浮栅的绝缘性能特别好，电荷不易消失，因此能够长期保存信息。４．可电擦除可编程序的只读存储器Ｅ２ＰＲＯＭ的编程原理与ＥＰＲＯＭ相同，但擦除原理完全不同，重复改写的次数有限制（因氧化层被磨损），一般为１０万次。其读写操作可按每个位或每个字节进行，类似于ＳＲＡＭ，但每字节的写入周期要几毫秒，比ＳＲＡＭ长得多。Ｅ２ＰＲＯＭ每个存储单元采用两个晶体管，其栅极氧化层比ＥＰＲＯＭ薄，因此具有电擦除功能。Ｅ２ＰＲＯＭ的价格通常要比ＥＰＲＯＭ贵，使用起来实际上比ＥＰＲＯＭ方便，它可以按单节擦除。如果把编程和擦除电路都做在机器内，就不需要像ＥＰＲＯＭ那样反复插拔芯片。

5．快擦除读写存储器 ２０世纪９０年代，Ｉｎｔｅｌ公司发明了快擦除读写存储器。快擦除读写存储器也被称为闪存，是在ＥＰＲＯＭ与Ｅ２ＰＲＯＭ基础上发展起来的，它与ＥＰＲＯＭ一样，用二进制信息；它与Ｅ2ＰＲＯＭ相同之处是用电来擦除，也可重复改写１０万次。

2.3.2 （PLA）可编程逻辑阵列 可编程逻辑阵列PLA是由一系列二极管构成的"与"门与三极管构成的"或"门组成的，采用熔丝工艺的一次性编程器件。PLA的工作原理如下：PLA的逻辑阵列由可编程连接点组成。这种连接点是一种很细的低熔点合金丝，熔丝连接时，代表存储的数据位1；熔丝熔断后，代表存储的数据位0。器件出产时，熔丝为连通状态，当用户写入信息，即编程时，将血液写入0的存储单元的熔丝通过编程电流（是正常工作电流的几倍）熔断即可。这种存储单元的编程是一次性的。PLA虽然造价低，但因为熔断时熔丝外溅对四周连接线造成影响，因此制作时需要留出较大的空间，使集成度下降；又由于PLA的与-或阵列都是可编程的，造成软件算法非常复杂，运算速度下降，所以应用受到一定限制。

PLA的与-或阵列编程的阵列

2.3.3 （PAL）可编程阵列逻辑 PAL的"与"门阵列是可编程的，"或"门阵列是固定的，这与PLA的"与"门阵列和"和"门阵列都是可编程的有所不同

2.3.4 （GAL）通用阵列逻辑 GAL是美国LATTICE公司20世纪80年代推出的可编程逻辑器件GAL器件可分为两大类： 1)与门阵列是编程的，或门阵列是固定的； 2)与门阵列和或门阵列可编程。 GAL在计算机系统中得到来广泛的应用，其特点如下： ①能够实现多种控制功能，完成组合逻辑电路和时序逻辑电路的多种功能。 ②采用电擦除工艺，门阵列可反复改写，器件的逻辑功能可重新配置，因此，它是产品研制开发中的理想器件； ③速度高、功耗低。 ④硬件加密，能有效防止电路抄袭和非法复制。

2.1.1 加法器及作用 加法器是数字系统中一种最基本的组合逻辑电路。在计算机中，加、减、乘、除四则算数运算最终都是在加法器中进行的。