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第1章 数字系统的概念1

1.1 什么是数字系统1

1.2 数字系统的概况2

1.2.1 层次2

1.2.2 个人计算机2

1.3 二进制数的介绍3

1.4 数据的表示5

1.5 二进制数及十进制数6

1.5.1 二进制到十进制的转换6

1.5.2 十进制到二进制的转换8

1.5.3 小数9

1.5.4 十六进制数10

1.6 单元和层次11

1.7 系统原语14

1.8 量度16

1.9 本书的层次安排17

1.10 问题19

第2章 布尔代数和逻辑门22

2.1 数据表示及处理22

2.2 基本逻辑运算23

2.2.1 非运算23

2.2.2 或门24

2.2.3 与门25

2.3 基本恒等式26

2.3.1 非恒等式26

2.3.2 或恒等式26

2.3.3 与恒等式27

2.4 代数定律27

2.4.1 交换律27

2.4.2 结合律27

2.4.3 分配律28

2.5 或非门和与非门29

2.6 有用的布尔恒等式31

2.7 代数简化32

2.8 完全逻辑集34

2.8.1 基于与非门的逻辑35

2.8.2 基于或非门的逻辑35

2.9 IEEE逻辑门符合36

2.10 问题37

第3章 组合逻辑设计41

3.1 问题的确定41

3.2 标准逻辑形式42

3.2.1 乘积之和形式42

3.2.2 和之乘积形式43

3.3 提取标准形式44

3.3.1 最小项和最大项45

3.4 异或门及等效运算47

3.3.2 SOP和POS形式的属性47

3.5 逻辑阵列49

3.5.1 AND阵列和OR阵列49

3.5.2 SOP阵列和POS阵列52

3.5.3 逻辑阵列的应用55

3.6 BCD和7段显示55

3.7 卡诺图58

3.8 3变量卡诺图61

3.8.1 “不关心”条件64

3.8.2 可选的3变量卡诺图布局65

3.9 4变量卡诺图66

3.10 逻辑设计者的作用69

3.11 问题69

第4章 数字硬件75

4.1 将电压作为逻辑变量75

4.2 数字集成电路76

4.3.1 输出转换时间80

4.3 逻辑延迟时间80

4.3.2 传输延时82

4.3.3 扇入和扇出83

4.3.4 扩展到其他逻辑门84

4.3.5 逻辑级联85

4.4 基本电子电路88

4.4.1 电阻88

4.4.2 电容89

4.4.3 RC电路91

4.4.4 RC电路在数字电路上的应用93

4.5 传输线94

4.5.1 串扰95

4.5.2 电磁干扰96

4.6 逻辑种类97

4.6.1 CMOS97

4.6.2 TTL97

4.6.3 ECL98

4.7 硬件设计者99

4.8 问题99

附录102

第5章 VHDL的基本概念105

5.1 引言105

5.1.1 基本概念105

5.1.2 硬件描述语言的使用106

5.2 VHDL中模块的定义106

5.2.1 并发运算112

5.2.2 标识符114

5.2.3 传输延迟115

5.3 结构建模116

5.4 条件建模121

5.5 二进制字124

5.6 库126

5.8 问题127

5.7 VHDL的学习127

6.1 CMOS电子电路131

第6章 CMOS逻辑电路131

6.2 电子逻辑门132

6.3 MOSFET133

6.4 CMOS中的NOT函数136

6.4.1 互补对136

6.4.2 CMOS反相器137

6.5 MOSFET逻辑形式的应用138

6.5.1 NOR门140

6.5.2 NAND门142

6.5.3 CMOS与逻辑的联系143

6.6 CMOS中的复合逻辑门144

6.6.1 3输入逻辑门145

6.6.2 通用的4输入逻辑门148

6.6.3 逻辑级联150

6.7.1 FET的逻辑描述151

6.7 MOSFET的逻辑形式151

6.7.2 电压传输特征152

6.7.3 互补定律153

6.7.4 电流开关155

6.7.5 光纤传输网络156

6.8 问题157

第7章 硅芯片和VLSI163

7.1 VLSI工程163

7.1.1 计算机芯片163

7.1.2 硅晶体特性164

7.1.3 pn结166

7.1.4 硅器件167

7.2 掩膜和光刻168

7.3 MOSFET171

7.3.1 MOSFET开关172

7.3.2 pFET176

7.3.3 MOSFET设计规则178

7.3.4 晶体管等比例缩小179

7.4 基本电路版图181

7.4.1 CMOS反相器181

7.4.2 电气模型183

7.5 MOSFET阵列和与或非门188

7.5.1 连线策略189

7.5.2 与非门和或非门190

7.5.3 复合门190

7.5.4 小结192

7.6 单元、库和层次化设计192

7.6.1 创建单元库192

7.6.2 单元布局194

7.6.3 系统层次195

7.7 布局和布线196

7.7.1 互连198

7.7.2 线延迟199

7.8 问题200

第8章 逻辑部件204

8.1 数字部件的概念204

8.2 相等比较器205

8.3 有效BCD码检测部件206

8.4 译码器207

8.5 多路复用器209

8.5.1 作为逻辑单元的多路复用器212

8.5.2 VHDL描述213

8.6 多路输出选择器214

8.6.1 VHDL描述215

8.6.2 多路传输系统216

8.7 二进制加法器217

8.7.1 全加器218

8.7.3 加法器电路219

8.7.2 半加器219

8.7.4 VHDL描述221

8.7.5 并行加法器222

8.7.6 加法器CMOS电路224

8.8 减法225

8.8.1 减法逻辑电路228

8.8.2 负数230

8.9 乘法232

8.10 传输门逻辑234

8.10.1 传输门多路复用器235

8.10.2 异或门和同异门236

8.10.3 CMOS传输门237

8.11 小结238

8.12 问题239

9.1 一般属性243

9.2 锁存器243

第9章 存储元件与阵列243

9.2.1 SR锁存器244

9.2.2 D锁存器246

9.3 时钟与同步246

9.3.1 时钟SR锁存器247

9.3.2 时钟D锁存器248

9.4 主-从触发器和边沿触发器248

9.4.1 主-从D型触发器248

9.4.2 其他类型的触发器253

9.5 寄存器254

9.5.1 基本存储寄存器254

9.5.2 移位寄存器255

9.6 随机存取存储器258

9.6.1 静态RAM单元258

9.6.2 SRAM阵列259

9.6.3 动态RAM262

9.6.4 奇偶和错误检验码262

9.7 只读存储器264

9.8 CD ROM265

9.9 CMOS存储器268

9.9.1 CMOS SRAM268

9.9.2 动态存储器269

9.9.3 ROM272

9.10 传输门电路272

9.10.1 基本锁存器272

9.10.2 TG触发器274

9.11 问题275

第10章 时序逻辑网络278

10.1 时序逻辑网络的概念278

10.1.1 时序逻辑网络的要求279

10.1.2 时序逻辑网络的基本结构280

10.2 时序逻辑网络分析282

10.2.1 单状态变量电路282

10.2.2 多状态变量电路285

10.3 时序电路设计287

10.2.3 时序电路的一般特征287

10.4 二进制计数器289

10.5 状态机的重要性292

10.6 问题293

第11章 计算机基础297

11.1 计算机操作概述297

11.1.1 计算机的主要组件297

11.1.2 计算机能做什么298

11.1.3 冯·诺依曼模型299

11.1.4 编程300

11.1.5 计算机寄存器301

11.2 中央处理器：初识302

11.2.1 取指令网络302

11.2.2 数据通道的概念303

11.2.3 数据通道操作305

11.3.1 寄存器文件306

11.3 数据通道组件306

11.3.2 算术逻辑单元309

11.3.3 局部存储器312

11.4 指令和数据通道312

11.5 控制器318

11.6 CISC和RISC体系结构321

11.6.1 CISC和微编程322

11.6.2 RISC机器323

11.6.3 现代计算机324

11.7 浮点操作325

11.7.1 算术操作326

11.7.2 计算机应用327

11.8 计算机设计的VLSI327

11.9 问题329

12.1 计算速度333

12.2 流水线333

第12章 先进计算机概念333

12.2.1 数据冒险338

12.2.2 解决冒险339

12.3 高速缓存339

12.4 超标量结构344

12.5 并行计算的基本概念345

12.5.1 并行机分类347

12.5.2 并行计算示例348

12.5.3 一般结构351

12.5.4 通用设计变量353

12.5.5 互联网络353

12.5.6 并行计算的挑战355

12.5.7 光互联355

12.6 问题356

12.7 参考文献359

结束语360