一、基本概念
数字系统：若干数字电路和逻辑部件构成的能够存储、处理并传输数字信息的设备
1、数字电路的组成
①、控制器
管理各个子系统按规定顺序协同工作
有没有控制器是数字系统的关键
②、处理器
由逻辑子系统组成，具有计数、寄存、译码、运算等功能
③、存储器
存储数据和各种控制信息
④、输入输出接口
系统与外界交换信息
例：药片装瓶计数演示系统
2、数字电路与数字系统的设计方法
例：智能仪表设计
二、基本子系统
构成数字系统必不可少的逻辑功能部件
1、算术逻辑运算单元ALU
①、例
②、74LS181
功能表：
例：用四位全加器74181实现一位BCD加法器
2、寄存器堆
3、存储器
三、数据通路
总线：多个系统部件之间进行数据传输的公共通路
1、总线结构
(1)、多路选择器结构
即：将数据放在选择器输入端，选择器决定总线上传输的数据是哪个
(2)、三态门方式
三态门
即：对于每个数据来说，其是否通过总线传输取决于其与总线连接的三态门是否打开
(3)、双向数据结构
上一种方式只能实现单向传输，比如数据只能由A传出，而不能传入A
2、数据通路
四、数字系统的设计方法
例：设计一个8位二进制无符号数并行累加运算系统
需要如下子系统
①、1个8位加法器，完成两数相加操作
②、2个8位寄存器，存放加数与被加数
③、1个8位寄存器，存放运算结果
④、1个1位寄存器，存放进位信号，并指示是否溢出
⑤、1个控制器，协调和控制各子系统工作
控制算法
①、各寄存器清零
②、取加数，放入A寄存器
③、取被加数，放入D寄存器
④、相加并将结果放入B寄存器，进位信号放C寄存器
化简
控制算法
注：此处图中寄存器编号有点乱，但可理解
1、算法流程图：ASM图
描述控制器的控制过程
1、ASM图符号
①、状态框
②、分支框
③、多条件分支
④、条件输出框
2、例
五、小型控制器设计
1、计数型控制器
核心：计数器
步骤
①、根据ASM图确定存在几种状态
②、将每个状态给以任意状态编码
③、根据输入条件及ASM图设计次态控制逻辑
④、计数状态译码后输出控制信号
输出译码器：对不同状态下产生的各种控制信号进行译码
计数器：含有n个触发器，表示2n个状态，与ASM流程图中的每一个已编码的状态框一一对应
次态控制逻辑：实现状态函数、激励函数的逻辑表达式
例：
①、设计加法累加运算器的控制器(初始寄存器A、B已清零)
ASM图
状态编码
控制信号
时序分配
注：前4个T完成1次两数相加，按图所示，后面4个T是对前面的重复，但我认为，后面应该只需要对第3个T和第4个T进行重复就好了，哪怕是每次运算后都对寄存器C进行清零，那也应该是对第1个T和对第3个T的重复，所以我觉得上面这个图后半部分不伦不类
②、对已知ASM图用PLA和D触发器实现
状态分配
P：00
Q：11
R：10
状态方程、输出方程
注：这个图完全正确，但要理解一下
2、多路选择器型控制器
基本原理：多路选择器按控制算法要求，为其对应触发器生成激励函数
步骤：
①、根据ASM图给多路选择器的输入端提供合适值
②、给ASM图中每个二进制编码状态赋予十进制数码
③、建立状态转换表，求多路选择器输入端的函数值
例：
多路选择器输入端
结果输出
3、定序型控制器
基本思想：一个状态对应一个触发器
六、微程序控制器设计
1、基本概念
(1)、控制部件和执行部件
控制命令称为微命令、执行部件干的事称为微操作
(2)、微指令、微程序
微指令：若干条微命令的集合
微程序：若干条微指令的序列，计算机中一条机器指令对应一段微程序
例：
实现：RAM→R2，对应于下图最左边1列
2个步骤：
(3)、微指令格式
操作控制：发出管理和指挥系统工作的控制信号
顺序控制：决定下一条微指令的地址
例：
通过P1P2修改地址
2、微程序控制器的一般结构
①、控制器存储器
作用：存放系统内的全部微程序
组成：ROM
ROM字长=微指令长度
ROM容量取决于微指令条数
②、微指令寄存器
作用：存放从控制器存储器中读出的信息
组成：
微地址寄存器：存放下一条微指令地址
微命令寄存器：存放微指令
③、地址转移逻辑
作用：自动完成修改微地址
组成：采用组合逻辑电路
3、微程序设计
①、设计微指令编码
②、设计地址转移逻辑
例：十进制加法(一条汇编指令)
注：R3=6
