《21世紀(jì)大學(xué)本科計(jì)算機(jī)專業(yè)系列教材:數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》緊密圍繞數(shù)字電子技術(shù)的核心知識(shí),在選材和內(nèi)容安排上注重基本理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,注意反映數(shù)字電子技術(shù)的最新發(fā)展。全書詳細(xì)介紹了數(shù)制與編碼、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、門電路、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)、脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形以及數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換等方面的基本內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上,專門編寫了“硬件描述語言VHDL基礎(chǔ)”和“可編程邏輯器件及其開發(fā)工具”兩章內(nèi)容。
《21世紀(jì)大學(xué)本科計(jì)算機(jī)專業(yè)系列教材:數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》特點(diǎn):注重基礎(chǔ)堅(jiān)持“基礎(chǔ)是根本”的教學(xué)理念,強(qiáng)化知識(shí)整合,精心選擇課程的核心知識(shí)和關(guān)鍵技術(shù)! 》从承录夹g(shù)在注重講解基本概念的同時(shí),也十分注意反映現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的新知識(shí)、新技術(shù),如硬件描述語言VHDL、高性能可編程邏輯器件及其開發(fā)技術(shù)等。 激發(fā)創(chuàng)新以能力培養(yǎng)為核心,啟迪學(xué)生的自主學(xué)習(xí)潛能! ≡谌珪鴥(nèi)容的安排上注重引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)?勺x性強(qiáng)語言精煉,敘述嚴(yán)謹(jǐn),深入淺出,容易閱讀。
隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,“數(shù)字電子技術(shù)”已成為高等學(xué)校理工科各專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。
當(dāng)前,數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域中的新概念、新器件和新方法不斷涌現(xiàn),特別是可編程邏輯器件和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的普遍應(yīng)用,對(duì)數(shù)字電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生了很大影響,其中一個(gè)重要變化是設(shè)計(jì)者更加注重對(duì)描述方法的理解和掌握。硬件描述語言是數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域一種新的描述方法,它已成為現(xiàn)代數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的重要方法和技術(shù)。
本書緊密圍繞數(shù)字電子技術(shù)的核心知識(shí),在選材和內(nèi)容安排上注重基本理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,注意反映數(shù)字電子技術(shù)的最新發(fā)展。全書詳細(xì)介紹了數(shù)制與編碼、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、門電路、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)、脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形以及數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換等方面的基本內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上,專門編寫了“硬件描述語言VHDL基礎(chǔ)”和“可編程邏輯器件及其開發(fā)工具”兩章內(nèi)容。
同其他程序語言類似,硬件描述語言有其自身的一套完整的語法體系,為了使初學(xué)者容易閱讀和在教學(xué)中便于實(shí)施,本書將“硬件描述語言VHDL基礎(chǔ)”單列一章。在實(shí)際教學(xué)中可根據(jù)具體情況選擇該章相關(guān)內(nèi)容和前面章節(jié)融合起來講授,也可單獨(dú)講解。
關(guān)于邏輯器件的圖形符號(hào),本書除了EDA開發(fā)工具部分外,均采用國家標(biāo)準(zhǔn)(國標(biāo))邏輯圖形符號(hào)。對(duì)于EDA開發(fā)工具部分,考慮到使用工具軟件的方便,則直接采用了其元件庫自身提供的圖形符號(hào)。
書中每章后面的小結(jié)概括了全章的重點(diǎn)內(nèi)容,供復(fù)習(xí)、總結(jié)時(shí)參考。每章后面的習(xí)題,多是為鞏固和理解課程內(nèi)容必做的練習(xí),并沒列出過難的習(xí)題,題量也不大,讀者參考例題一般能獨(dú)立完成。書后給出了部分習(xí)題的參考答案。此外,書中所有VHDL示例程序均已經(jīng)過上機(jī)調(diào)試,并給出了典型示例程序的仿真波形圖。
本書是作者在近年承擔(dān)北京大學(xué)計(jì)算機(jī)系本科生、北京大學(xué)理科實(shí)驗(yàn)班教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上編寫而成的,并參考和吸收了國內(nèi)外優(yōu)秀教材的有關(guān)內(nèi)容。在此,特向有關(guān)作者一并致謝。 在本書的編寫和出版過程中,承蒙北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院及清華大學(xué)出版社領(lǐng)導(dǎo)的熱情支持和幫助,謹(jǐn)向他們表示衷心的感謝。
由于時(shí)間及水平所限,書中一定存在不少缺點(diǎn)和錯(cuò)誤,誠請讀者和使用本書的教師批評(píng)、指正。
本書PPT課件及EDA開發(fā)工具已放于清華大學(xué)出版社網(wǎng)站(www.tup.com.cn )本書網(wǎng)頁中,歡迎讀者選用。
作 者
2012年9月于北京大學(xué)
王克義,北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。1970年本科畢業(yè)于北京大學(xué),畢業(yè)后留校任教至今,長期從事計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)與科研工作。曾于1992-1993年在美國喬治·華盛頓大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與電子工程系進(jìn)修(訪問學(xué)者);曾任中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)體系結(jié)構(gòu)專委會(huì)委員。主持和參加多項(xiàng)國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目,榮獲北京大學(xué)科學(xué)研究成果獎(jiǎng)、國家教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。主要研究方向?yàn)楦咝阅芪⑻幚砥鹘Y(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。
作者熱愛并長期擔(dān)任一線教學(xué)工作,先后被授予“北京市優(yōu)秀教師”、“北京大學(xué)優(yōu)秀教師”、“北京大學(xué)十佳教師”等榮譽(yù)稱號(hào)。負(fù)責(zé)完成的主干基礎(chǔ)課建設(shè)項(xiàng)目獲北京大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng),主講的《微機(jī)原理》課程被評(píng)為北京市精品課程。出版譯著和教材8部。其中,1部獲國家教育部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng),1部被評(píng)為北京高等教育精品教材,1部被評(píng)為2011年普通高等教育精品教材。
第1章 數(shù)制與編碼
1.1 進(jìn)位記數(shù)制
1.1.1 進(jìn)位記數(shù)制及其基數(shù)和權(quán)
1.1.2 幾種常用的進(jìn)位記數(shù)制
1.2 不同進(jìn)位制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換
1.2.1 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)
1.2.2 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)
1.2.3 任意兩種進(jìn)位制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換
1.3 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算
1.3.1 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算
1.3.2 二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算
1.3.3 移位運(yùn)算
1.4 數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示形式
1.4.1 機(jī)器數(shù)與真值
1.4.2 常見的機(jī)器數(shù)形式
1.4.3 數(shù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示
1.4.4 二一十進(jìn)制編碼
1.4.5 其他幾種BCD碼
1.5 字符代碼
本章小結(jié)
習(xí)題1
第2章 邏輯代數(shù)的基本原理及應(yīng)用
2.1 邏輯代數(shù)的基本概念
2.1.1 邏輯代數(shù)的特點(diǎn)
2.1.2 基本邏輯運(yùn)算
2.1.3 邏輯函數(shù)
2.1.4 邏輯函數(shù)的相等
2.2 邏輯代數(shù)的基本公式
2.3 邏輯代數(shù)的3個(gè)重要規(guī)則
2.3.1 代入規(guī)則
2.3.2 反演規(guī)則
2.3.3 對(duì)偶規(guī)則
2.4 邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡法
2.4.1 代數(shù)化簡法概述
2.4.2 “與或”表達(dá)式的化簡
2.4.3 “或與”表達(dá)式的化簡
本章小結(jié)
習(xí)題2
第3章 邏輯門電路
3.1 分立元件的門電路
3.1.1 二極管“與”門
3.1.2 二極管“或”門
3.1.3 “非”門
3.1.4 “與非”門
3.2 集成門電路
3.2.1 TTL“與非”門
3.2.2 其他類型的TTL門電路
3.2.3 ECL門電路
3.3 MOS門電路
3.3.1 MOS管與MOS反相器
3.3.2 CMOS傳輸門
3.4 邏輯門電路的性能指標(biāo)
3.4.1 輸出高電平和輸出低電平
3.4.2 關(guān)門電平、開門電平和閾值電壓
3.4.3 平均延遲時(shí)間
3.4.4 扇人系數(shù)和扇出系數(shù)
3.4.5 空載導(dǎo)通電源電流和空載截止電源電流
3.5 常用邏輯門的圖形符號(hào)
本章小結(jié)
習(xí)題3
第4章 組合邏輯電路
4.1 幾個(gè)基本概念
4.1.1 “積之和”與“和之積”
4.1.2 最小項(xiàng)和最大項(xiàng)
……
第5章 時(shí)序電路的基本單元——觸發(fā)器
第6章 時(shí)序邏輯電路
第7章 時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用
第8章 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形
第9章 數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
第10章 硬件描述語言VHDL基礎(chǔ)
第11章 可編程邏輯器件及其開發(fā)工具
附錄A 常用邏輯符號(hào)對(duì)照表
附錄B 部分習(xí)題參考答案
參考文獻(xiàn)