6、计算机计算原理与逻辑电路详解

计算机计算原理与逻辑电路详解

1. 逻辑电路设计与可编程逻辑阵列

在逻辑电路设计中，我们可以通过特定方式构建逻辑函数。部分逻辑函数结构简单，利用布尔代数能简化设计并减少门电路的使用。过去，人们会投入大量精力为特定逻辑函数寻找最简或最小系统。但现在有一种简单通用的方法，无需逻辑专家就能设计，而且它是一种标准布局，能轻松在硅片上实现。这种设计常用于可编程逻辑阵列（PLAs），常被用于生产小批量定制芯片，客户只需指定连接哪些与门（AND）和或门（OR）就能实现所需功能。而对于大规模生产的芯片，则值得投入更多精力进行更高效的布局设计。

2. 触发器与计算机内存

计算机内存是计算机运行的关键部分，我们先思考一个简单问题：能否用现有的门电路来构建计算机内存以存储数字？一个实用的内存应允许我们修改、擦除和重写存储内容。

2.1 简单的一位内存设想

考虑一个简单的黑盒内存存储装置，用线路 C 上的信号表示内存内容，输入 A 为控制线。其特性如下：当 A 为 0 时，C 保持不变；当 A 变为 1 时，C 的值会改变（从 0 到 1 或从 1 到 0）。其“真值表”如下：
| A | Present C | Next C |
| — | — | — |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |

从这个真值表可以看出，“Next C”是 A 和当前 C 的异或（XOR）。于是，我们可能会想用一个带有 C 反馈的异或门来替代这个黑盒，构建一个可能的内存单元。然而，这种设计存在问题，它会因反馈导致电路振荡，无