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第1章 数字系统与信息1

1.1信息表示2

1.1.1数字计算机3

1.1.2其他计算机4

1.1.3通用计算机的进一步说明7

1.2数制8

1.2.1二进制9

1.2.2八进制与十六进制10

1.2.3数字范围11

1.3算术运算11

1.4十进制编码15

1.5字符编码16

1.5.1 ASCII字符编码16

1.5.2校验位18

1.6格雷码18

1.7本章小结20

参考文献20

习题21

第2章 组合逻辑电路24

2.1二值逻辑和逻辑门24

2.1.1二值逻辑24

2.1.2逻辑门25

2.2布尔代数27

2.2.1布尔代数的基本性质28

2.2.2代数处理30

2.2.3反函数32

2.3标准形式32

2.3.1最小项和最大项33

2.3.2积之和35

2.3.3和之积36

2.4两级电路的优化36

2.4.1成本标准37

2.4.2卡诺图结构38

2.4.3二变量的卡诺图40

2.4.4三变量的卡诺图41

2.5卡诺图的用法43

2.5.1质主蕴涵项43

2.5.2非质主蕴涵项45

2.5.3和之积优化45

2.5.4无关最小项46

2.6程序化的两级优化48

2.7多级电路优化51

2.8其他门类型54

2.9异或操作和异或门57

2.10高阻态输出59

2.11本章小结60

参考文献60

习题60

第3章 组合逻辑电路的设计65

3.1设计过程65

3.2开始分层设计69

3.3工艺映射71

3.4验证74

3.4.1人工逻辑分析74

3.4.2模拟75

3.5组合函数模块76

3.6基本逻辑函数76

3.6.1定值、传输和取反77

3.6.2多位函数77

3.6.3使能79

3.7译码80

3.7.1译码器和使能结合83

3.7.2基于译码器的组合电路84

3.8编码器85

3.8.1优先编码器85

3.8.2编码器的扩展87

3.9选择87

3.9.1多路复用器87

3.9.2基于多路复用器的组合电路90

3.10本章小结92

参考文献92

习题93

第4章 算术功能块与硬件描述语言99

4.1迭代组合电路99

4.2二进制加法器100

4.2.1半加器100

4.2.2全加器100

4.2.3二进制行波进位加法器101

4.3二进制减法102

4.3.1补码103

4.3.2采用二进制补码的减法104

4.4二进制加减法器105

4.4.1有符号的二进制数106

4.4.2有符号二进制数的加法与减法107

4.4.3溢出108

4.5其他的算术功能块109

4.5.1压缩110

4.5.2递增111

4.5.3递减112

4.5.4常数乘法112

4.5.5常数除法113

4.5.6零填充与符号扩展113

4.6硬件描述语言113

4.6.1硬件描述语言114

4.6.2逻辑综合115

4.7硬件描述语言——VHDL116

4.8硬件描述语言——Verilog123

4.9本章小结129

参考文献129

习题130

第5章 时序电路135

5.1时序电路的定义135

5.2锁存器137

5.2.1 SR和SR锁存器138

5.2.2 D锁存器140

5.3触发器141

5.3.1主从式触发器141

5.3.2边沿触发式触发器144

5.3.3标准图形符号144

5.3.4直接输入146

5.4时序电路分析147

5.4.1输入方程147

5.4.2状态表148

5.4.3状态图150

5.4.4时序电路模拟151

5.5时序电路设计152

5.5.1设计步骤153

5.5.2构建状态图和状态表153

5.5.3状态赋值158

5.5.4使用D触发器的设计159

5.5.5无效状态的设计161

5.5.6验证162

5.6其他类型的触发器164

5.7状态机图及其应用166

5.7.1状态机图模型166

5.7.2输入条件的约束168

5.7.3使用状态机图的设计应用169

5.8时序电路的HDL表示——VHDL175

5.9时序电路的HDL表示——Verilog180

5.10本章小结184

参考文献185

习题185

第6章 选择的设计主题193

6.1设计空间193

6.1.1集成电路193

6.1.2 CMOS电路工艺194

6.1.3工艺参数197

6.2门的传播延迟198

6.3触发器定时199

6.4时序电路定时201

6.5异步交互202

6.6同步和亚稳态203

6.7同步电路陷阱208

6.8可编程实现技术208

6.8.1只读存储器210

6.8.2可编程逻辑阵列211

6.8.3可编程阵列逻辑器件213

6.9本章小结214

参考文献215

习题215

第7章 寄存器与寄存器传输219

7.1寄存器与加载使能219

7.2寄存器传输222

7.3寄存器传输操作223

7.4对VHDL和Verilog使用者的提醒225

7.5微操作225

7.5.1算术微操作226

7.5.2逻辑微操作227

7.5.3移位微操作228

7.6对单个寄存器的微操作229

7.6.1基于多路复用器的传输229

7.6.2移位寄存器231

7.6.3行波计数器234

7.6.4同步二进制计数器235

7.6.5其他类型计数器238

7.7寄存器单元设计240

7.8基于多路复用器和总线的多寄存器传输244

7.9串行传输及其微操作247

7.10寄存器传输控制250

7.11移位寄存器和计数器的HDL描述——VHDL262

7.12移位寄存器和计数器的HDL描述——Verilog263

7.13微程序控制264

7.14本章小结266

参考文献266

习题266

第8章 存储器基础273

8.1存储器定义273

8.2随机访问存储器273

8.2.1读写操作274

8.2.2定时波形275

8.2.3存储器特征276

8.3 SRAM集成电路277

8.4 SRAM芯片阵列281

8.5 DRAM芯片283

8.5.1 DRAM单元284

8.5.2 DRAM位片285

8.6 DRAM分类288

8.6.1同步DRAM （SDRAM）289

8.6.2双倍数据速率SDRAM（DDR SDRAM）290

8.6.3 Rambus？DRAM （RDRAM）291

8.7动态RAM芯片阵列292

8.8本章小结292

参考文献292

习题292

第9章 计算机设计基础294

9.1简介294

9.2数据通路294

9.3算术逻辑运算单元297

9.3.1算术运算电路297

9.3.2逻辑运算电路300

9.3.3算术逻辑运算单元300

9.4移位寄存器301

9.5数据通路描述303

9.6控制字305

9.7一个简单的计算机结构309

9.7.1指令集结构310

9.7.2存储资源310

9.7.3指令格式311

9.7.4指令说明312

9.8单周期硬连线控制314

9.8.1指令译码器316

9.8.2指令和程序举例317

9.8.3单周期计算机观点319

9.9多周期硬连线控制319

9.10本章小结328

参考文献328

习题328

第10章 指令集结构333

10.1计算机体系结构概念333

10.1.1基本计算机操作周期334

10.1.2寄存器组334

10.2操作数寻址334

10.2.1三地址指令335

10.2.2两地址指令336

10.2.3一地址指令336

10.2.4零地址指令336

10.2.5寻址结构337

10.3寻址模式339

10.3.1隐含模式340

10.3.2立即模式340

10.3.3寄存器和寄存器间接模式340

10.3.4直接寻址模式341

10.3.5间接寻址模式342

10.3.6相对寻址模式342

10.3.7变址寻址模式343

10.3.8寻址模式小结343

10.4指令集结构344

10.5数据传送指令345

10.5.1栈指令345

10.5.2独立I/O与存储器映射I/O346

10.6数据处理指令347

10.6.1算术指令347

10.6.2逻辑与位处理指令348

10.6.3移位指令349

10.7浮点数计算350

10.7.1算术运算350

10.7.2移码351

10.7.3标准操作数格式351

10.8程序控制指令353

10.8.1条件分支指令354

10.8.2过程调用与返回指令355

10.9程序中断356

10.9.1中断类型357

10.9.2处理外部中断357

10.10本章小结358

参考文献359

习题359

第11章RISC和CISC中央处理单元363

11.1流水线数据通路363

11.2流水线控制367

11.3精简指令集计算机371

11.3.1指令集结构371

11.3.2寻址模式373

11.3.3数据通路结构374

11.3.4控制结构376

11.3.5数据阻塞378

11.3.6控制阻塞383

11.4复杂指令集计算机386

11.4.1 ISA修改387

11.4.2数据通路修改388

11.4.3控制单元修改389

11.4.4微程序控制391

11.4.5复杂指令的微程序392

11.5其他有关设计395

11.5.1高性能CPU概念395

11.5.2最近的体系结构创新397

11.6本章小结398

参考文献399

习题400

第12章 输入输出与通信402

12.1计算机的I/O系统402

12.2外设举例402

12.2.1键盘402

12.2.2硬盘403

12.2.3液晶显示器404

12.2.4 I/O传输速率406

12.3 I/O接口406

12.3.1 I/O总线与接口部件407

12.3.2 I/O接口的例子408

12.3.3选通409

12.3.4握手410

12.4串行通信411

12.4.1同步传送412

12.4.2进一步认识键盘412

12.4.3基于包的串行I/O 总线413

12.5传输模式416

12.5.1程序控制传输的例子417

12.5.2中断传输417

12.6中断优先级418

12.6.1菊花链优先级418

12.6.2并行优先级电路420

12.7直接内存访问421

12.7.1 DMA控制器421

12.7.2 DMA传输422

12.8本章小结423

参考文献424

习题424

第13章 存储系统426

13.1分级存储体系426

13.2访问的局部性428

13.3 cache存储器429

13.3.1 cache映射430

13.3.2行的大小435

13.3.3 cache加载436

13.3.4写方法436

13.3.5概念综合437

13.3.6指令cache和数据cache439

13.3.7多级cache440

13.4虚存440

13.4.1页表442

13.4.2转换后援缓冲器443

13.4.3虚存和cache445

13.5本章小结445

参考文献445

习题446

索引448