内容简介
本书作为数字电路设计著作,为读者提供了一个系统级的视角,并为他们理解、分析和设计数字系统提供了相关资料和工具。它教授当前工业界数字系统设计中所需的硬件描述语言(VHDL)和现代
CAD 工具使用相关的技能。特别注意系统级问题,包括分解和划分数字系统、接口设计和接口时序。也涉及需要深入理解的相关问题,如时序分析、亚稳态和同步性。当然,本书还涵盖了组合和时序逻辑
电路的人工设计。
作译者
[美]威廉姆·J.戴利(William J. Dally )
R.柯蒂斯·哈丁(R. Curtis Harting) 托·M.阿莫特(Tor M.Aamodt) 著:William J. Dally 斯坦福大学工程系Willard R.和Inez Kerr Bell教授、NVIDIA公司首席科学家、美国国家工程院院士、IEEE/ACM/美国艺术与科学学院会员。他获得了许多荣誉,包括ACM Eckert-Mauchly奖,IEEE Seymour Cray奖和ACM Maurice Wilkes奖。
R. Curtis Harting 谷歌的软件工程师,拥有斯坦福大学博士学位。他于2007年毕业于杜克大学获得学士学位,主修电气与计算机工程和计算机科学。在2009年,他从斯坦福大学获得硕士学位。
Tor M. Aamodt 不列颠哥伦比亚大学电气与计算机工程系副教授。他与研究生一起开发了GPGPU-Sim模拟器。他的三篇关于通用GPU结构的论文已被选中作为IEEE杂志的“热门精选”,一篇作为美国计算机协会(ACM)杂志通信方向的“研究热点”。在2012 - 2013年度休假期间他是斯坦福大学计算机科学系客座副教授,从2004年至2006年,他在NVIDIA公司工作,研究GeForce 8系列GPU的内存系统架构(“帧缓冲器”)。
目录
出版者的话
本书赞誉
译者序
前言
致谢
作者简介
第一部分引言
第1章数字信息简述
11数字信号
12数字信号噪声容限
13数字信号表示复杂数据
14数字逻辑函数
15数字电路与系统的硬件描述语言(VHDL)
16系统中的数字逻辑
总结
文献解读
练习
第2章数字系统设计实践
21设计过程
22数字系统由芯片和电路板组成
23计算机辅助设计工具
24摩尔定律和数字系统发展
总结
文献解读
练习
第二部分组合逻辑
第3章布尔代数
31原理
32内容
33对偶函数
34标准型
35从方程式到逻辑门
36硬件描述语言中的布尔表达式
总结
文献解读
练习
第4章CMOS逻辑电路
41开关逻辑
42MOS晶体管的开关模型
43CMOS门电路
总结
文献解读
练习
第5章CMOS电路的延时和功耗
51CMOS静态延时
52大负载下的驱动扇出
53逻辑努力的扇入
54延时计算
55延时优化
56导线延时
57CMOS电路的功耗
总结
文献解读
练习
第6章组合逻辑电路
61组合逻辑
62闭包
63真值表、最小项、“与”门标准形式
64“与”电路的蕴含项
65卡诺图
66封装函数
67从封装转变为门
68不完全的指标函数
69实现和之积
610冒险
总结
文献解读
练习
第7章组合逻辑电路的VHDL描述
71基本数字电路的VHDL描述
72素数电路的测试文件
73七段译码器
总结
文献解读
练习
第8章组合逻辑电路基本单元
81多位标记
82译码器
83多路复用器
84编码器
85仲裁器和优先编码器
86比较器
87移位器
88ROM
89读/写存储器
810可编程逻辑阵列
811数据表
812知识产权模块
总结
文献解读
练习
第9章组合逻辑电路设计实例
91倍三电路
92明天电路
93优先级仲裁器
94井字游戏电路
总结
练习
第三部分算术运算电路
第10章算术运算电路
101二进制数
102二进制加法
103负数和减法
104乘法器
105除法
总结
练习
第11章定点数和浮点数
111误差的表示:准度、精度和分辨率
112定点数
113浮点数
总结
文献解读
练习
第12章快速运算电路
121超前进位
122Booth重编码
123华莱士树
124综合注意事项
总结
文献解读
练习
第13章算术运算电路设计实例
131复数乘法器
132定点格式和浮点格式之间的转换
133FIR滤波器
总结
文献解读
练习
第四部分同步时序逻辑
第14章时序逻辑
141时序电路
142同步时序电路
143交通灯控制器
144状态分配
145有限状态机的实现
146有限状态机的VHDL实现
总结
文献解读
练习
第15章时序约束
151传播延时和污染延时
152触发器
153建立时间和保持时间约束
154时钟偏移的影响
155时序示例
156时序和逻辑综合
总结
文献解读
练习
第16章数据通路的时序逻辑
161计数器
162移位寄存器
163控制和数据划分
总结
练习
第17章分解有限状态机
171闪光器设计
172交通信号灯控制器
总结
练习
第18章微代码
181简单的微代码状态机
182指令序列
183多路分支
184多种指令类型
185微代码子程序
186简单的计算器
总结
文献解读
练习
第19章时序示例
1913分频计数器
192SOS检测器
193井字棋游戏
194赫夫曼编码器/解码器
总结
文献解读
练习
第五部分实践设计
第20章验证和测试
201设计验证
202测试
总结
文献解读
练习
第六部分系统级设计
第21章系统级设计
211系统设计过程
212设计规范
213划分
总结
文献解读
练习
第22章接口和系统级时序
221接口时序
222接口划分和选择
223串行和打包接口
224同步时序
225时序表
226接口和时序示例
总结
练习
第23章流水线
231普通流水线
232流水线示例
233逐位进位加法器流水线结构设计示例
234流水线停滞
235双重缓冲
236负载平衡
237可变负载
238资源共享
总结
文献解读
练习
第24章互连
241抽象互连
242总线
243交叉开关
244互连网络
总结
文献解读
练习
第25章存储系统
251存储基元
252位片和堆存储器
253交叉存储器
254高速缓存
总结
文献解读
练习
第七部分异步逻辑
第26章异步时序电路
261流表分析
262流表综合:触发电路
263竞争和状态赋值
总结
文献解读
练习
第27章触发器
271锁存器内部结构
272触发器的内部结构
273CMOS锁存器和触发器
274锁存器的流表
275D触发器的流表综合
总结
文献解读
练习
第28章亚稳态和同步故障
281同步故障
282亚稳态
283进入并且留在非法状态的可能性
284亚稳态的验证
总结
文献解读
练习
第29章同步器的设计
291同步器的用途
292强力同步器
293多比特信号问题
294FIFO同步器
总结
文献解读
练习
附录VHDL编码风格和语法指南
附录AVHDL编码风格
附录BVHDL语法指南
参考文献
媒体评论
“这本书为如何教授本科生数字系统设计建立了新标准。实用方法和具体例子可为任何想要了解和设计现代复杂的数字系统的人提供坚实的知识基础。”
—— Steve Keckler,德克萨斯大学奥斯汀分校
“你将会期待从本书中找到的一切。数十年的实践经验经过提炼,以提供设计和组成完整数字系统所需的各种工具。本书涵盖基础知识和系统级问题,对于微处理器和未来的SoC设计师是一个理想的起点!”
—— Robert Mulins,剑桥大学和 Raspberry Pi基金会
本书特色
理解现代设计实践所需要的所有重要方面,本书都涉及:
·组合和时序模块的设计和分析
·组合和时序模块的组成
·数据和控制分离
·有限状态机的组成
·接口定义
·同步性
教读者如何编写符合VHDL-2008并且有着高效和可持续风格的HDL代码,从而利用CAD工具去做大多数单调乏味的优化工作。
涉及逻辑设计的基础,描述了设计组合逻辑和状态机的有效方法,既可以手动设计也可以利用CAD工具。
本书通过给出详细的解释、扩展实例和在线的VHDL文件,完整地介绍了数字系统设计。
作者简介
William J. Dally斯坦福大学工程系Willard R.和Inez Kerr Bell教授、NVIDIA公司首席科学家、美国国家工程院院士、IEEE/ACM/美国艺术与科学学院会员。他获得了许多荣誉,包括ACM Eckert-Mauchly奖,IEEE Seymour Cray奖和ACM Maurice Wilkes奖。
R. Curtis Harting谷歌的软件工程师,拥有斯坦福大学博士学位。他于2007年毕业于杜克大学获得学士学位,主修电气与计算机工程和计算机科学。在2009年,他从斯坦福大学获得硕士学位。
Tor M. Aamodt不列颠哥伦比亚大学电气与计算机工程系副教授。他与研究生一起开发了GPGPU-Sim模拟器。他的三篇关于通用GPU结构的论文已被选中作为IEEE杂志的“热门精选”,一篇作为美国计算机协会(ACM)杂志通信方向的“研究热点”。在2012-2013年度休假期间他是斯坦福大学计算机科学系客座副教授,从2004年至2006年,他在NVIDIA公司工作,研究GeForce 8系列GPU的内存系统架构(“帧缓冲器”)。