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《计算机组成原理》课程教学辅导二

点击数:497更新时间:2010-07-03

《计算机组成原理》课程教学辅导二





《计算机组成原理》课程教学辅导二 2004-12-15








  一、教学要求
  概念和术语:半导体,三极管,门电路,数字电路,模拟电路,现场可编程器件
  二极管的伏安特性,三极管的伏安特性,MOS管的伏安特性
  与、或、非门的功能和原理性的线路实现,
  几个中小规模集成电路芯片的功能与应用
  布尔代数,逻辑变量,逻辑函数及运算,逻辑线路设计与化简技术
  现场可编程
  应用技术: 教学计算机中的几个具体功能部件设计技术实例,
  PLD和CPLD的编程与使用
  [考核要求]:本章内容不在考试范围之内。
  二、重点辅导
  第2章讲解的是计算机系统6层结构中最底层的数字电路和计算机中的逻辑部件,是设计实现计算机硬件系统的预备性知识,尽管这些内容不属于考试范围,但我要十分明确地告诉大家,学懂第2章中的基本知识,是学好计算机组成原理的必备条件。为此,把计算机组成的实际例子——教学计算机有关的线路和逻辑设计的内容,从原来散放在不同章节,集中汇总到第2章中来,避免在讲解计算机功能部件时过多地纠缠具体线路问题。这些内容包括:
  (1)用于运算器部件的24位控制信号来自4处,使其彼此保持互斥关系的线路方案;
  (2)在控制器部件中,依据指令操作码和节拍信号产生相应控制信号的线路设计原理;
  (3)控制器部件中的启停控制线路的设计原理;
  (4)控制器部件中的节拍发生器线路的设计原理。
  在学习到运算器和控制器部件时,就不再过多地讲解上述内容中的线路实现问题,把主要精力集中到运算器和控制器部件本身的运行原理和设计技术。
  下面从应该了解的和需要掌握的内容进行必要的说明。本章内容中的二极管、双极型的三极管、MOS管的构成和导电、放大功能等知识是非常原理性的,不要求深入理解,这部分知识是用于了解为什么可以用它们构成门电路,用什么方案可以实现原理性的非门、与门、或门的逻辑功能。要明白,使用非门、与门、或门就可以构造出实现任何组合逻辑的、时序逻辑的功能线路。对教材第16页给出的几个实际的门电路的构成和运行原理能真正学懂当然更好,至少要了解它们的功能外特性。
  对上述内容一般了解即可,无需深究。
  布尔代数是分析、设计数字电路的非常重要的数学工具。逻辑运算中最基本的公理、常用公式和基本规则是需要知晓并能够应用于数字电路设计之中。例如:
  (1)通过真值表写出完成这一功能的逻辑表达式,并用非门、与门、或门或者它们的某种组合线路搭建出可以实际使用的真正线路。教材中的例子是设计一位全加器,作为作业,本章习题与思考题中的第5题是个好题目,作为教学计算机部件设计实例,教材31页前后的例子非常实际。
  (2)应该懂得使用多个与-非门(或-非门)搭建的一个D型触发器的触发原理,它的维持阻赛的控制作用;由多个D型触发器可以构成具有不同功能的寄存器、计数器,其中教学计算机中用到的有SN74LS273、374、377和161这4个器件,它们各自的特定用法(功能)是什么?教材第35~38页有说明,它们在教学计算机中具体使用在那些部件中,查看一下图纸体会为什么要这样选择。作为D型触发器的应用实例,教材41页开始给出的节拍发生器是一个非常好的例子,这是选用现场可编程的GAL20V8器件实现的多位的D型触发器,
  并解决了各触发器的状态转换次序。
  (3)PLD器件GAL20V8和CPLD器件MACH的内容可以多次地被修改以实现不同的功能,因此在教学机中扮演了一个重要的角色。它们都是由与-或两级逻辑电路组成的,并且都是可以实现组合逻辑功能、时序逻辑功能的现场可编程器件。二者的区别,主要表现在内部包含的门电路的数量和用于输出输入使用的管脚数量不同,使用的编译软件、编程写入软件和设备也不相同。
  本章的习题与思考题,大部分都是针对教材中已经讲到的知识和概念提出来的,答案就是教材中某几句话,引导大家加深理解。把学习本章的线路知识和后面的教学计算机的逻辑部件的有关内容结合起来是必要的,学习到后面有关章节时,再回过头来看一下这里的内容可能会更好些。


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