计算机结构与逻辑设计：时序逻辑电路.ppt

计算机结构与逻辑设计是计算机科学中的基础领域，主要关注如何构建和理解计算机的硬件系统。时序逻辑电路作为其中的一个核心概念，它涉及到如何通过电路来实现数据的存储和处理，以及如何根据时间顺序控制电路的行为。在这个PPT中，我们将深入探讨时序逻辑电路的一些关键知识点。 我们关注的是触发器，这是构成时序逻辑电路的基本单元。例如，SR触发器（Set-Reset触发器）和D触发器。SR触发器在S和R信号的不同组合下有不同的工作模式，如置1、置0、保持和禁止。当S和R同时为0时，触发器进入保持状态，即无论D信号如何变化，其输出Q保持不变，除非时钟脉冲CP到来。对于D触发器，其输出Q始终跟随输入D的变化，但这个变化只在时钟脉冲的上升沿或下降沿发生。因此，了解触发器的时钟触发特性至关重要，每个时钟周期只能有一个状态改变。 接下来，讨论了实现高、低电平的原理。在门电路中，通常通过电阻和开关的配置来模拟高电平和低电平。例如，当开关关闭时，相当于一个大电阻（Roff），电路中电流几乎不流，形成高电平；而当开关打开时，电阻很小（Ron），电流流过，形成低电平。互补输出结构，如CMOS晶体管，利用一对N沟道和P沟道的MOSFET来实现逻辑门，如非门、与非门等，这种结构可以有效地减小静态功耗并提高速度。然而，门电路中存在分布电容，当状态改变时，电容需要充电或放电，这会导致延迟，时间常数τ=RC。互补非门是其中一种优化设计，它可以减少这种延迟。 时序逻辑电路与组合逻辑电路的主要区别在于它们是否具有记忆功能。组合逻辑电路仅基于当前输入产生输出，没有内部状态变化；而时序逻辑电路则包含存储元件（如触发器），其输出不仅取决于当前输入，还取决于先前的状态。在设计时序逻辑电路时，我们需要定义外部输入（影响电路行为的信号）、外部输出（电路对外部系统的可见信号）、内部输入（仅在电路内部起作用的信号）、内部输出（电路内部状态的反映）以及状态方程和激励方程，这些方程描述了电路状态随时间变化的规则。 此外，题目中提到的“线与”操作在互补输出中是禁止的，因为直接连接可能导致短路，从而损坏电路。为了实现线与功能而又保持电路的正常运行，通常会使用三态门或者类似机制。 总结来说，这个PPT涵盖了时序逻辑电路的基础知识，包括触发器的工作原理、门电路的电平控制、互补输出结构以及时序逻辑电路与组合逻辑电路的比较。理解这些概念对于深入学习计算机硬件和设计数字系统至关重要。