### 计算机数字电路中的组合逻辑电路设计与方法
#### 一、组合逻辑电路概述
**组合逻辑电路**是指电路的输出仅取决于当前输入的状态，而不受之前输入的影响。这类电路广泛应用于数字电子系统中，例如计算机内部的数据处理单元等。
#### 二、组合逻辑电路的关键概念
1. **竞争冒险**: 在组合逻辑电路中，当输入信号改变状态时，输出端可能会出现短暂的虚假过渡干扰脉冲，这种现象被称为**竞争冒险**。这是因为信号路径的不同导致了时间延迟的差异。
2. **编码器与译码器**:
- **编码器**: 将输入信号转换为一组二进制代码。例如，8线-3线优先编码器74LS148可以将8个输入信号编码成3位二进制代码。
- **译码器**: 将一组二进制代码转换为特定的输出信号。例如，3线-8线译码器74LS138可以根据输入的3位二进制代码产生相应的8路输出之一。
3. **全加器**: 是一种能够完成两个一位二进制数相加并考虑低位进位的电路。它通常用于构建更复杂的加法器。
4. **数据分配器**: 实现将公共数据线上的数字信号按照需求分配到不同的输出电路中去的功能。
5. **数据选择器**: 根据控制信号的选择，从多个输入信号中选出一个信号作为输出。
6. **数值比较器**: 用于比较两个二进制数的大小，输出三个状态，即大于、等于或小于。
#### 三、组合逻辑电路的实例解析
1. **8线-3线优先编码器74LS148**:
- 输入信号为8条线(I7-I0)，输出为3条线(Y2-Y0)，优先级顺序为I7 > I6 > ... > I0。
- 当输入信号为11010101时，输出Y2Y1Y0为010。
2. **3线-8线译码器74LS138**:
- 处于译码状态时，当输入A2A1A0为001时，输出Y7~Y0为11111101。
3. **全加器**: 完成两个一位二进制数的相加并考虑到低位进位的器件。
4. **数据分配器**与**数据选择器**:
- 数据分配器将数据分配到指定的输出通道。
- 数据选择器从多个输入信号中选择一个输出。
5. **数值比较器**:
- 比较两个一位二进制数A和B的逻辑表达式Y(A>B)为A'B。
6. **组合逻辑电路的特性**:
- 不属于组合逻辑电路的选项是(C)寄存器，因为寄存器具有存储功能，输出不仅取决于当前输入还取决于之前的输入。
- 译码器74LS138的使能端E3E2E1为100时处于允许状态。
- 在二进制译码器中，若输入有4位代码，则输出有16个信号。
7. **组合逻辑电路中的险象**:
- 组合逻辑电路中的险象主要是由于电路中的时延(C)造成的。
- 使用取样法消除冒险时，优先考虑的方法是在输出级加负取样脉冲(C)。
8. **比较器的设计**:
- 比较两位二进制数A=A1A0和B=B1B0，当A>B时输出F=1，其表达式为(A'B' + A'B + AB')。
#### 四、组合逻辑电路的设计方法
1. **逻辑表达式的推导**: 根据电路连接关系写出逻辑表达式，并进行化简。
2. **真值表的构建**: 构建真值表来表示输入和输出之间的逻辑关系。
3. **电路功能的解释**: 分析真值表，理解电路的具体功能。
4. **电路的优化**: 通过逻辑化简等方法减少电路的复杂度。
#### 五、总结
组合逻辑电路是数字电子系统中不可或缺的一部分，掌握其设计方法和原理对于理解和设计复杂的数字系统至关重要。通过学习和实践，我们可以更好地应用这些电路来解决实际问题。
