Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Стоун (Наго!й Б. огоне) Принстон, Нью Джерси ВСТУПЛЕНИЕ Эта книга предназначена для тех, кто хочет проектировать и создавать реальные цифровые устройства. В ее основе лежит следующая основная мысль: чтобы достичь желаемой цели, необходимо овладеть принципами, ио в то же время нужно иметь представление о том, как эти принципы реализуются на практике.
Таким образом, «принципы и практика» являются предметом нашего рассмотрения. Материал этой книги пригоден в качестве учебника по в«однолюбу курсу (тггог(ис1огу соигее) цифровой электроники для студентов, специализирующихся в области электроники, вычислительной техники и информатики (сошрцгег зс1епсе). Те, кто не знаком с основныии понятилти электроники (е)есггоп1сл сопсерм) и не интересуется поведением цифровых устройств с точки зрения протекающих в них электрических процессов (например, студенты, специализирующиеся в области информатики), могут при желании пропустить главу 3; остальной материал изложен в книге независимо от содержания этой главы в той мере, в какой это было возможно.
С другой стороны, тот, кто владеет основами электроники и хочет быстро освоить цифровую технику, может сделать это, прочтя главу 3. Студенты, у которых нет начальных сведений по электронике, могут ознакомиться с ними по бесплатно распространяемому 20-страничному учебному пособию Флейшера Электрические цепи в краткаи алло»гении (М. г!е!зЬег. Е1есгг(са1 С(гсшм Не»1еи ), имеющемуся на ллеЬ-сайте данной книги по адресу: хии. с(срр. сот. Хотя уровень изложения в этой книге ориентирован на начальное изучение, содержащийся в ней материал выходит далеко за рамки того, что может быть включено в типичный вводный курс.
Когда я приступил к этой работе, оказалось, что есть много важных вещей, о которых необходимо сказать и которые не укладываютсяя в односеместровый курс в Станфордском университете или в учебное пособие объемом в 400 страниц. Поэтому я последовал своему обычному правилу включения всего, что — по крайней мере, на мой взгляд — является сравнительно важным, оставляя за преподавателем или учащимся право решать, чтд именно является самым важным, в зависимости от обстоятельств. Все же, чтобы облегчить такое решение, заголовки необлзательныхразделов (орбопа1 лесбопл) помечены звездочкой.
В общем случае эти разделы можно опустить без нарушения целостности изложения в пределах основного текста в дальнейшем. Несомненно, кто-то воспользуется этой книгой в рамках продвинутого курса (аг)иапсег) соигле) или в лабораторнаи практику»ге (1абогагогу соигле). Подготовленные студенты захотят пропустить начало и сразу поискать самое интересное. Если вы знакомы с основными идеями цифровой электроники, то для вас самыми важными и интересными в этой книге будут разделы, посвященные языкам описания схем (или: языкам описания аппаратуры; Ьагджаге дезсйрйоп 1апвваяез, НРЕз) АВЕ1 и ЧНР(„знакомясь с которыми вы обнаружите, что пройленные вами ранее курсы программирования в большой степени подготовили вас к проектированию цифровой аппаратуры. Специалист, уже работающий е области проектирования цифровых устройств (моргну Йу11а1 делгяпег), может воспользоваться этой книгой в качестве 14 Вступление справочника для самообразования, причем сами такие специалисты бывают двух категорий: новички и нрафессианалы старой закалки.
Если вы только что приступили к практической работе по разработке и созданию цифровых устройств и прошли в университете «очень теоретический» курс цифрового проектирования, то вам следует сосредоточить внимание на главах 3, 5, б и 8 — ! 1, чтобы подготовиться к встрече с реальным миром. Если у вас уже есть определенный опыт, вам, возможно, ие нужны все «упражнения на применение», содержащиеся в этой книге, но принципы, изложенные в главах 2, 4 и 7, могут направить ваши мысли в нужном направлении, а содержащиеся там рассуждения о том, что важно, а что — нет, быть может, избавят от чувства вины зато, что вы не поль ювались картами Карно на протяжении 1О лет.
Примеры в главах б, 8 и 9 дадут вам новое представление о многообразии методов проектирования и возможность судить об их достоинствах и недостатках. Наконец, описание на языках АВЕЬ и »НРЬ и примеры, которыми усеяны главы с 4 по 9, могут послужить первым систематическим введением в технику проектирования на основе языков описания схем. Всем читателям стоит обратить особое внимание на исчерпывающий предметный указатель и на элементы текста, выделенные курсивом; с помощью этого последнего приема я хотел бы привлечь внимание читателя к определениям и к тем случаям, когда предмет обсуждения является важным.
Содержание книги Ниже кратко изложено содержание одиннадцати глав этой книги. Это может напомнить вам тот раздел руководства по программному обеспечению, который обычно носит название: «Для тех, кто терпеть не может читать инструкции и наставления». Возможно, что после того, как вы ознакомитесь с этим перечнем, вам не нужно будет читать все остальное в этой книге. В главе 1 приводится несколько исходных определений и формулируются основные правила, согласно которым в этой книге принимаются решения о том, что считается важным, а что — нет.
Глава 2 является введением в двоичную систему чисел и двоичные коды. Читателю, уже знакомому с двоичной системой чисел по курсам программирования, все же стоит прочесть параграфы 2.10 — 2.13, чтобы получить представление о том, какую роль двоичные коды играют в аппаратуре. Для подготовленных студентов хорошим введением в коды, исправляющие ошибки, будут параграфы 2.14 и 2.15. Всем следует прочесть раздел 2.16.1; этот материал используется в примерах проектирования цифровых устройств в главе 8. В главе 3 — по принципу «Вот все, что вы хотели бы знать об этом» вЂ” рассматривается работа цифровых схем, причем главный упор делается на внешние электрические характеристики логических элементов.
Исходными являются такие основные понятия электроники, как напряжение, ток н закон Ома; те, кому этот материал не знаком, могут при желании обратиться к упомянутому выше учебному пособию Электрические цепи «кратком излолсении. Если вам не интересно, как именно функционируют реальные схемы, или вы мо- Вступление 16 жете позволить себе роскошь поручить грязную работу кому-то другому, то эту главу можно пропустить. ° Глава 4 посвящена принципам проектирования комбинационных логических схем и содержит апгебру переключений, а также анализ, синтез и минимизацию комбинационных схем. В конце этой главы появляются начальные сведения о языках АВЕЬ и ЧНРЬ, ° Глава 5 начинается с обсуждения стандартов для документации на цифровые системы, что, возможно, является самым важным для честолюбивых проектировщиков, когда они только приступают к пракгической работе.
Затем в этой главе читатель знакомится с программируемыми логическими устройствами (ПЛУ; ргойгапппаЫе !о81с дет(сез, РЬРз), причем здесь его внимание оказывается сосредоточенным на возможности реализации с помощью таких устройств комбинационных логических функций. Остальная часть этой главы посвящена часто используемым комбинационным логическим функциям и их применениям. Для каждой из этих функций описаны стандартные интегральные схемы (ИС) средней степени интеграции, программы на языке АВЕЬ, позволяющие реализовать эти функции с помощью ПЛУ, и модели на языке ЧНРЬ.
° Глава б представляет собой коллекцию примеров конструирования более сложных комбинационных устройств. В каждом из примеров показано, как можно реализовать данное устройство на основе ИС средней степени интеграции (в тех случаях, когда это имеет смысл), описать его на языке АВЕЬ, имея в виду реализацию с помощью ПЛУ, или на языке ЧНРЬ, когда намечено применение кристаллов СРЬР или РРОА. ° Глава 7 знакомит с принципами проектирования последовательностных логических схем, начиная с защелок и триггеров.
В этой главе упор сделан на анализ и расчет тактируемых синхронных конечных автоматов. Для смелых и отважных эта глава содержит введение в теорию схем классического образца (бзпг!атеп(а! тоде с(гсшгз), а также анализ и расчет последовательностных схем с обратной связью. Заканчивается глава параграфами, в которых речь идет о возможностях, предоставляемых языками АВЕЬ и ЧНРЬ при проектировании последовательностных схем. Глава 8 целиком посвящена практическим аспектам проектирования последовательносгных схем. Как и ранее в главе 5, внимание читателя в этой главе сосредоточено на часто используемых функциях и приведены примеры применения ИС средней степени интеграции, языка АВЕЬ при реализации в ПЛУ и языка ЧНР1..
В параграфах 8.8 и 8.9 обсуждаются неизбежные препятствия ва пути создания идеального, абсолютно синхронного устройства, и здесь читатель лицом к лицу сталкивается с важной проблемой: как жить синхронно в асинхронном мире? ° Глава 9 является собранием примеров проектирования конечных автоматов и более сложных последовательностных схем. В каждом примере показано, как решить задачу, составляя программу на языке АВЕЬ при реализации в ПЛУ или на языке ЧНРЬ, когда имеется в виду использование кристаллов СРЬР или РРОА.
° Глава!О служит введением в запоминающие устройства и программируемые матричные интегральные схемы типа СРЬР и РРОА. Материал, посвященный 16 Вступление устройствам электронной памяти, охватывает ПЗУ и статические и динамические ОЗу, включая их внутреннюю структуру и функциональное описание. Последние два параграфа знакомят с архитектурой кристаллов СР1.0 и ГРОА. ° В главе 11 рассмотрено несколько вопросов смешанного характера, относящихся к практической реализации цифровых проектов и представляющих интерес для разработчиков. Когда я начинал писать эту книгу и думал, что ее объем составит 300 страниц, эта глава была включена в план для того, чтобы «раздуть» основной материал до более впечатляющих размеров, Теперь очевидно, что книга и без того получилась довольно объемной, но то, что вошло в эту главу, все равно полезно. В большинстве глав имеются ссылки на литературу, упражнения и задачи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
