第四章 门和电路

4.1 计算机和电学

  • 门：执行基本电信号运算的设备。
  • 电路：由多个门组合而成。
  • 表示门和电路的方式：
    • 布尔代数
    • 逻辑框图
    • 真值表

4.2 门

  • 非门 (NOT Gate)：将输入值反转。需要1个晶体管
  • 与门 (AND Gate)：两个输入都为1时，输出为1，否则输出为0。需要2个二极管
  • 或门 (OR Gate)：任意一个输入为1时，输出为1，否则输出为0。需要2个二极管
  • 异或门 (XOR Gate)：两个输入相同，输出为0；否则输出为1。需要4~6个二极管
  • 与非门 (NAND Gate)：与门取反。需要2个二极管
  • 或非门 (NOR Gate)：或门取反。要2个二极管

4.3 门的构造

  • 晶体管：通过控制电压来构造门。
  • 非门、与非门、或非门可由晶体管构造。

4.4 电路

  • 组合电路：输出仅由输入值决定。
  • 时序电路：输出是输入值和当前状态的函数。
  • 加法器：
    • 半加器：计算两个数位的和并生成进位。
    • 全加器：考虑进位输入的加法器。

4.5 存储器电路

  • S-R锁存器：存储一个二进制数字。

4.6 集成电路

  • 集成电路：嵌入了多个门的芯片。

4.7 CPU芯片

  • CPU的功能包括：
    • 指令控制
    • 操作控制
    • 时间控制
    • 数据加工
  • CPU的组成：
    • 控制器
    • 运算器
    • 寄存器
  • 性能指标：
    • 主频、前端总线频率、缓存等。