数电-触发器
触发器的基本特点和作用Flip-Flop,简称为FF,又称双稳态触发器。 触发器基本特点 具有两个能自保持的稳定状态(稳态) 通常用输出端Q的状态来表示触发器的状态。 如$Q=0、\overline{Q}=1$时,表示0状态;$Q=1、\overline{Q}=0$时,表示1状态 在输入信号作用下,触发器的两个稳定状态可相互转换(状态的翻转)。 输入信号消失后,新状态可长期保持下来,具有记忆功能,可存储二进制信息。、 触发器的作用触发器和门电路是构成数字电路的基本单元。 触发器具有记忆功能,由它构成的电路在某时刻的输出不仅取决于该时刻的输入,还与电路原来状态有关(时序逻辑电路)。而门电路无记忆功能,由它构成的电路在某时刻的输出完全取决于该时刻的输入,与电路原来状态无关(组合逻辑电路)。 基本触发器由与非门构成的基本RS触发器 图中$\overline{S_D}$ 为置1端,也称置位端,$\overline{R_D}$为置0端,也称复位端。 $Q=0、\overline{Q}=1$时,表示触发器的0状态;$...
主存储器与CPU的连接
连接原理 主存储器通过数据总线、地址总线与控制总线与CPU连接。 地址总线的位数与工作频率的乘积正比于数据传输率。(数据总线的宽度=存储字长) 地址总线的位数决定了可寻址的最大内存空间。 控制总线(读/写)指出总线周期的类型和本次输入/输出操作完成的时刻。 上图是一块8$\times$8的单块存储芯片,单个芯片的容量不可能很大,往往需要通过拓展技术来将多个芯片集成在内存条上,若想扩展主存字数则需通过字扩展,当数据总线宽度 > 存储芯片字长,则需要进行位扩展。 现在的计算机MDR(主存数据寄存器)和MAR(主存地址寄存器)都是集成在CPU中 主存容量的拓展由于单个存储芯片容量优先,因此需要在字或位两方面进行扩充才能满足实际存储器的容量要求。 位拓展法CPU的数据线数与存储芯片的数据位数不一定相等,因此必须对存储芯片扩位,使其数据位数与CPU的数据线数相等。 例: 上图用8K$\times$1位的存储芯片与CPU连接$8K=2^{13}$,所以共需要13根地址总线和1根数据总线,显然CPU数据利用的不够充分,因此可以通过增...
计算机组成原理-主存储器
主存储器的基本组成基本的半导体元件及原理存储器基本是由半导体元件组成,半导体可以根据供电的大小来输出高电平或低电平。 一个存储元包括MOS管(半导体,MOS管可以理解为一种电控开关,当输入电压到达某个阈值就可以接通)和电容,根据接入的高低电平由半导体来控制,假设电容中有保存电荷导致MOS管变成1,以至于可以接通,此时外部就可以接受到高电平信号1,若电容中没有保存电荷,那么MOS管无法接通外部就会接受到低电平0。以此就可以构成一个存储元。 而若通过一条总线来连接所有存储元,就可以组成一个存储单元(也称为存储字),当总线接入一个高电平就会让所有存储元的MOS管都导通,从而电容中存储的0或1就会通过绿色的线进行导出。 存储器芯片的基本原理存储器为了实现读写,需要通过译码器来进行统一的读写操作,会有地址总线来输入要读取那一部分的存储单元,然后通过译码器来进行相应的读取,再通过控制电路来控制译码器是否工作。 将上方图各个功能进行封装则有下图: 就有存储器的基本框架,地址线来接受外界的地址信息,通过数据线来进行数据的传输,片选线来用于读取某一块特定的存储芯片(一般有多块存储芯...
计算机组成原理-存储器概述
存储器的分类存储器种类繁多,可从不同角度对存储器进行分类。 按在计算机中的作用(层次)分类 主存储器。简称主存,又称内存储器(内存),用来存放计算机运行期间所需的程序和数据,CPU可以直接随机地对其进行访问,也可以和Cache及辅存交换数据。特点是容量较小、存取速度较快,每位价格较高。 辅助存储器。简称辅存,用来存放需要永久性保存的信息。辅存的内容需要调入主存后才能被CPU访问。特点是容量大、存取速度较慢、单位成本低。 高速缓冲存储器。简称Cache,位于主存和CPU之间,用来存放CPU经常使用的指令和数据,以便CPU能高速地访问它们。Cache的存取速度可与CPU速度相匹配,但存储容量小、价格高。现代计算机通常集成在CPU中。 按存储介质分类按存储介质,存储器可分为磁表面(磁盘、磁带)、磁芯存储器、半导体存储器(MOS型存储器、双极型存储器,主存和Cache也属于这部分)和光存储器(光盘)。 按存取方式分类 随机存储器(RAM,Random Access Memory)。存储器的任何一个存储单元都可以随机存取,而且存取时间与存储单元的物理地址无关。优点是读写方便、...
电路-电路定理
叠加定理在线性电路中,任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时,在该支路产生的电流(或电压)的代数和。 结点电压和支路电流均为各电源的一次函数,均可看成各独立电源单独作用时,产生的响应之叠加。 使用叠加定理注意事项: 叠加定理只适用于线性电路。 一个电源作用,其余电源为零。电压源为零——短路,电流源为零——开路。 功率不能叠加。 u ,i 叠加时要注意各分量的参考方向。 含受控源(线性)电路亦可用叠加,但受控源应始终保留。 例:求电压源的电流及功率 将上方电路进行拆分,拆分成两个简单电路的单独作用: 显然左边的图为电桥平衡状态,此时$I(1)=0$,右图在4Ω和2Ω间的结点列写KCL得$I(2)=70/14+70/7=15A$。所以原电路$I=I(1)+I(2)=15A,P_发=15\times 70=1050W$ 齐性原理线性电路中,所有激励(独立源)都增大(或减少)同样的倍数,则电路中响应(电压或电流)也增大(或减小)同样的倍数。 注: ...
计算机组成原理-浮点数的表示与运算
浮点数的表示由于定点数可表示的数字范围有限,而又不能无限制的增加数据的长度,就得考虑在位数不变的情况下增加数据的表示范围,以此拓展了浮点数。例,用定点数表示电子的质量($9 \times 10^{-28}g$)。 浮点数的表示格式通常,浮点数表示为$$N=(-1)^S\times M \times R^E$$其中,S取值0或1,用来决定浮点数的符号;M是一个二进制定点小数,称为尾数,一般用定点原码小数表示,称为阶码或指数,用移码表示。R是基数(隐含),可以约定为2、4、16,基本为2等。 尾数的位数反映浮点数的精度。 例:阶码、尾数均用补码表示,求a、b的真值 $a=0,01;1.1001$,$b=0,10;0.01001$(阶码,前为符号位,尾数.前为符号位) a: 阶码0,01 对应真值 +1 尾数 1.1001 对应原码 1.0111,对应真值为 -0.0111,所以a的真值$=2^1\times (-0.0111)=-0.111$ b: 阶码0,10 对应真值 +2 尾数 0.01001 对应真值 +0.0...
电路-电阻电路的一般分析
网孔电流法网孔电流法是以沿网孔连续流动的假想电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。仅适用于平面电路。 基本思想:为减少未知量的个数,假想每个回路种有一个回路电流。各支路电流可用回路电流的线性组合表示,来求得电路的解。 列写的方程:网孔电流在网孔中是闭合的,对每个相关节点均流进一次,流出一次,所以KCL自动满足。因此网孔电流法的方程个数即为网孔数。网孔方程是根据KVL进行列写。 例: 假想图1-1两个回路$l_1,l_2$的电流分别为$i_{l1},i_{l2}$,支路电流可表示为:$$i_1=i_{l1}\qquad i_3=i_{l2}\i_2=i_{l2} - i_{l1}$$ 方程可列写为:$$\begin{cases}\ l_1:R_1i_{l1}+R_2(i_{l1}-i_{l2})+u_{S2}-u_{S1}=0\\ l_2:R_2(i_{l2}-i_{l1})+R_3i_{l2}-u_{S2}=0\ \end{cases}$$整理得:$$\begin{cases}\ l_1:(R_1+R_2)i_{l1}...
计算机组成原理-数据的表示与运算
数制与编码进位计数制及其相互转换总所周知,计算机系统内部只能使用二进制进行编码,所以进制间的转换尤为重要。 进位计数法常用的进位计数法由十进制、二进制、八进制、十六进制等。 二进制:二进制只有0和1两种数字符号,计数“逢二进一”,它的任意数位权位$2^i$,i位所在位数。 八进制:八进制有0~7八种数字符号,计数“逢八进一”,它的任意数位权位$8^i$,i位所在位数,二进制的3位数码编为一组解释一位八进制数码。 八进制:八进制有0~9、A、B、C、D、E、F十六种符号,计数“逢十六进一”,它的任意数位权位$16^i$,i位所在位数,二进制的4位数码编为一组解释一位十六进制数码。 各种进制的常见书写方式: 二进制: $(1010)_2=1010B$ 八进制:$(1652)_8$ 十六进制:$(1652)_{16}=1652H=0x1652$ 十进制:$(1652)_{10}=1652D$ 不同进制数间的相互转换 二进制转换八进制数和十六进制数 在进行转换时,应以小数点为界。3位(4位)二进制转为1位八进制(十六进制),若整数不足...
数电-门电路
门电路(Gate Circuit)门电路是指以实现基本逻辑关系和复合逻辑关系的电子电路。 高电平和低电平的含义高电平和低电平为某规定范围(由门电路的种类决定)的电位值,而非一固定值。 若无特殊声明,在日常生活中均以正逻辑体制来表示高低电平。 二极管的开关特性本征半导体导体基本概念: 导体:自然界中容易导电的物质。 绝缘体:电阻率很高的物质,几乎不导电。 半导体:导电特性处于导体和绝缘体之间的物质。 现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,最外层电子(价电子)都是4个。 本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其他原子位于四面体的顶点,每个原子与其相邻的原子之间形成共价键,共用一对价电子。 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,导电能力很弱。 本征半导体的导电机理 载流子、自由电子和空穴 在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着,本征半导体中没有...
数据结构-排序
排序的基本概念排序算法的稳定性:若进行排序算法后,关键字相同的元素在排序之后相对位置保持不变,就称算法是稳定的,反之为不稳定。 如图1-1,若3的元素相对位置发生改变即为不稳定。 插入排序插入排序的基本思想是每次将一个待排序的记录按其关键字大小插入前面已排好序的子序列,直到全部插入完成。 直接插入排序直接插入排序算法就是,就是一个个从左往右比较大小,将大的放在后面,小的放在前面。 算法实现代码: void InsertSort(int A[],int n){ int i,j,temp; for(i=1;i<n;i++){ if(A[i]<A[i-1]){ //若后一位小于前一位则交换位置 temp = A[i]; for(j= i-1; j>=0 && A[j] > temp;--j) //检查排好序中是否有更大的数 A[j+1] = A[j]; A[j+1] = temp; ...
数据结构-查找
查找表的基本概念 查找:在数据集合中寻找满足某种条件的数据元素的过程叫查找。 查找表(查找结构):用于查找的数据集合称为查找表,由同一类型的数据元素组成。 静态查找表:若查找表只涉及搜索和插入操作,无需动态的修改查找表,则称此类表为静态查找表。 关键字:数据元素中唯一标识该元素的某个数据项的值。 平均查找长度:在查找过程中,进行关键字比较次数的平均值,数学定义为: $$ASL=\sum_{i=1}^{n}P_iC_i$$ n是查找表的长度;$P_i$是查找第i各数据元素的概率,一般认为每个数据元素的查找概率相等,即$P_i=\frac{1}{n}$;$C_i$是找到第i各元素所需进行的比较次数。 顺序查找和折半查找顺序查找 顺序查找又称线性查找,它对于顺序表和链表都适用。对于顺序表,可通过数组下标递增来顺序扫描每个元素;对于链表,可通过next来依次扫描每个元素。顺序查找通常分为对一般的无序线性表的顺序查找和对按关键字有序的线性表的顺序查找。 一般线性表的顺序查找作为最直观的查找方法,基本思想就是从一端逐个检查关键字是否满足给定的条件。 ...
复变函数-相关公式
复数的基本概念将$$z=x+iy$$的数称为复数,其中i称为虚数单位,并规定$$i^2=-1$$,或$$i=\sqrt{-1}$$;x和y是任意实数,依次称为z的实部(real part)与虚部(imaginary part),分别表示:$$Re z=x\quad Imz=y$$例:$$z=\sqrt{2}+i$$,有$$Re z=\sqrt{2}\quad Imz=1$$设$$z=x+iy$$是一个复数,而称$$x-iy$$为z的共轭复数,记作$$\overline{z}$$,可得$$\overline{\overline{z}}=z$$。 复数的四则运算设$$z_1=x_1+iy_1$$,$$z_2=x_2+iy_2$$。 加法:$$z_1+z_2=(x_1+x_2)+i(y_1+y_2)$$减法:$$z_1-z_2=(x_1-x_2)+i(y_1-y_2)$$乘法:$$z_1\cdot z_2 = (x_1x_2-y_...
