数字电路附有60多个:数字系统设计和计算机设计的区别

前言

今天,我们生活在信息时代。想象一下没有互联网、电脑、手机和电视的世界会是什么样子?答案一定是,这个世界将是黯淡的,甚至是悲惨的!作为其他技术的重要基础之一,数字电路和计算机技术使当今人们的工作和生活变得高效、有序、丰富多彩。从晶体管和集成电路的发明到现在,数字电路和数字系统设计技术已经繁荣了半个世纪,计算机技术在过去的三个十年里得到了长足的发展。人们对未来充满着更美好的期待,数字电路和计算机将把这一切带到更广阔的范围、更高的层次上延伸和发展。

现代工业实践要求计算机系统设计人员在更高层次上设计抽象并管理比过去更广泛的复杂性。不同抽象层次的逻辑、数字系统和计算机设计所涉及的内容不再相同,本书更有效地弥合了计算机系统设计(尤其是逻辑层次)的教学情况与工业实现之间的鸿沟.

本书以通用计算机为线索,由浅入深地讲解逻辑设计、数字系统设计和计算机设计。在:

第1-4章是逻辑设计,包括数字系统和信息、硬件描述语言和组合逻辑电路、组合逻辑设计、时序电路;第 5-7 章为数字系统设计,包括数字硬件实现技术、寄存器和寄存器传输以及存储器基础知识,第 5 章还增加了测试和验证对设计成本的影响;第 8 章到第 12 章是计算机设计,包括计算机设计基础、指令集结构、RISC 和 CISC 中央处理器、输入/输出和通道以及存储系统,所有内容都已更新以反映最新的变化。书中附有60多个以现代日常生活为主的产品设计实例和问题,可以激发读者的学习兴趣。从其布局可以清楚地看出,本书不仅可以作为计算机科学、计算机工程、电子技术、机电一体化等专业学生学习硬件的优秀教材,也可以作为弱电工程师的教材。和计算机科学家。理想的参考书。

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内容

逻辑设计

第 1 章介绍了数字计算机、计算机系统抽象层、嵌入式系统以及包括数字系统、算术运算和编码在内的信息表示。

第2章研究门电路及其类型,以及设计和成本优化的基本方法。概念包括布尔代数、代数优化和卡诺图优化、传播延迟以及使用结构和数据流模型以 VHDL 和 Verilog 表示的门级硬件描述语言模型。

第 3 章首先概述了现代逻辑设计过程。设计过程的详细步骤包括问题制定、逻辑优化、非门和或非门的过程映射以及组合逻辑设计示例中的验证。此外,本章还介绍了功能和构建组合设计块,包括启用和输入设置、解码、编码、转码、选择、分配、加法、减法、递增、递减、填充、扩展和移位及其实现。本章还包括许多逻辑模块的 VHDL 和 Verilog 模型。

第 4 章介绍时序电路分析和设计。讨论了锁存器和边沿触发的触发器,重点是 D 触发器。本章的重点是状态机图和状态表的形式表示。时序电路的完整设计过程包括规范、形式化、状态分配、触发器输入和输出方程确定、优化、过程映射和验证。时序电路通常过于复杂,无法用传统的状态图表示逻辑与计算机设计基础第5版答案,但可以用状态机图模型表示,本章通过两个真实世界的例子来说明和说明这一点。本章包括描述触发器和时序电路的 VHDL 和 Verilog,描述 VHDL 和 Verilog 程序行为的语言结构,和用于验证的测试程序。本章最后介绍了时序电路的延迟和时序,以及异步输入的同步和亚稳态问题。

数字系统设计

第 5 章重点介绍当前技术的各个方面,包括 MOS 晶体管和 CMOS 电路以及可编程逻辑技术。可编程逻辑包括只读存储器、可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑和FPGA。本章包括使用简单 FPGA 结构的示例来解释更复杂的商用 FPGA 硬件中的各种可编程组件。

第 6 章解释了寄存器及其应用。移位寄存器和计数器的设计基于触发器以及第 3 章和第 4 章中解释的一些功能及其实现。仅介绍行波计数器作为一个全新的概念。讨论了寄存器传输的并行和串行方法,以及如何权衡时间和空间开销。有一节重点介绍执行各种操作的多功能寄存器的寄存器单元设计。数据通路和控制单元的协同设计过程使用寄存器传输语言和状态机图,并通过两个真实示例进行解释。所选寄存器类型也在 Verilog 和 VHDL 中进行了描述。

第 7 章介绍了静态随机存取存储器 (SRAM) 和动态随机存取存储器 (DRAM)、基本存储系统,并简要介绍了不同类型的动态随机存取存储器。

电脑设计

第 8 章涉及寄存器文件、功能单元、数据路径和两种类型的简单计算机——单周期和多周期。重点放在数据路径和控制单元设计的正式概念上,以及它们用于设计具有特定指令和指令集的单周期和多周期计算机。

第 9 章介绍了与指令集结构相关的许多主题,包括地址计算、寻址模式、指令结构和类型,并解释了浮点数表示和浮点运算,以及程序控制方法,包括过程调用和中断。

第 10 章讨论了一些高性能处理器的概念,例如流水线 RISC 和 CISC 处理器。通过向修改后的 RISC 处理器添加微编码硬件逻辑与计算机设计基础第5版答案,CISC 处理器可以使用 RISC 的流水线来执行 CISC 指令集,这是当今 CISC 处理器中使用的 一. 方法。此外,还介绍了高性能CPU概念和结构的创新,包括两个多CPU微处理器的例子。

第 11 章解释了如何在 CPU 和内存、输入/输出接口和外围设备之间传输数据。讨论了键盘、液晶显示器 (LCD)、硬盘驱动器和键盘接口等外部设备,以及包括通用串行总线 (USB) 在内的串行通信和中断系统的实现。

第 12 章重点介绍内存分层。引入了“访问局部性”的概念,并通过缓存与内存、内存与硬盘的关系进行了详细的讲解。分析了缓存设计的各种参数。内存管理侧重于分页管理和传输支持虚拟存储的后备缓冲区。

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