Περιεχόμενα. Πρώτο Κεφάλαιο. Εισαγωγή στα Ψηφιακά Συστήματα. Δεύτερο Κεφάλαιο. Αριθμητικά Συστήματα Κώδικες

Transcript

1 Πρώτο Κεφάλαιο Εισαγωγή στα Ψηφιακά Συστήματα 1.1 Αναλογικά και Ψηφιακά Σήματα και Συστήματα Βασικά Ψηφιακά Κυκλώματα Ολοκληρωμένα κυκλώματα Τυπωμένα κυκλώματα Εργαλεία για Ψηφιακή Σχεδίαση... 8 Δεύτερο Κεφάλαιο Αριθμητικά Συστήματα Κώδικες 2.1 Αριθμητικά συστήματα θέσεως Δυαδικό σύστημα Οκταδικό σύστημα Δεκαεξαδικό σύστημα Μετατροπή παραστάσεων μεταξύ αριθμητικών συστημάτων Μετατροπή αριθμού από το δεκαδικό στο δυαδικό σύστημα Μετατροπή από το δυαδικό στο οκταδικό σύστημα και αντίστροφα Μετατροπή από το δυαδικό στο δεκαεξαδικό σύστημα και αντίστροφα Μετατροπή από το δεκαδικό στο οκταδικό σύστημα Μετατροπή από το δεκαδικό στο δεκαεξαδικό σύστημα Μετατροπή από οποιοδήποτε σύστημα στο δεκαδικό Πράξεις στο δυαδικό σύστημα Πρόσθεση μη προσημασμένων δυαδικών αριθμών Αφαίρεση μη προσημασμένων δυαδικών αριθμών Πολλαπλασιασμός μη προσημασμένων δυαδικών αριθμών Διαίρεση μη προσημασμένων δυαδικών αριθμών Παράσταση προσημασμένων αριθμών στο δυαδικό σύστημα... 28

2 vi Ψηφιακή Σχεδίαση Σύστημα προσημασμένου μέτρου Αριθμητικά Συστήματα Συμπληρώματος Πρόσθεση αριθμών στα συστήματα συμπληρωμάτων Υπερχείλιση Αφαίρεση αριθμών στα συστήματα συμπληρωμάτων Συμπληρώματα βάσης Δυαδική κωδικοποίηση των δεκαδικών αριθμών Κώδικας BCD (Binary Coded Decimal) ή Κώδικας Κώδικας XS Biquinary Code Κώδικας 1-out-of Κώδικας GRAY Κώδικες Χαρακτήρων Κώδικας ASCII Κώδικες ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών Κώδικες Ανίχνευσης Απλών Λαθών Κώδικες Διόρθωσης Λαθών και Ανίχνευσης Πολλαπλών Λαθών Κώδικες Hamming Ασκήσεις Τρίτο Κεφάλαιο Βασικές Αρχές Λογικής Σχεδίασης 3.1 Εισαγωγή Άλγεβρα Boole Δυισμός Βασικά Θεωρήματα της Άλγεβρας Boole Θεωρήματα της Άλγεβρας Boole για πολλές μεταβλητές Αποδείξεις ορισμένων θεωρημάτων της Άλγεβρας Boole Άλγεβρα Διακοπτών Λογικές Συναρτήσεις Παραστάσεις Λογικών Συναρτήσεων Λογικές Παραστάσεις και Λογικές Πύλες Άθροισμα Γινομένων και Άθροισμα Ελαχίστων Όρων Γινόμενο Αθροισμάτων και Γινόμενο Μεγίστων Όρων Ισοδύναμες λογικές παραστάσεις... 80

3 vii Μετατροπή λογικής παράστασης σε κανονική Θεωρήματα για τις λογικές συναρτήσεις Υλοποίηση Λογικών Συναρτήσεων Απλοποίηση Λογικών Συναρτήσεων με χάρτες Karnaugh Γενική μέθοδος απλοποίησης λογικών συναρτήσεων Υλοποίηση Λογικών Παραστάσεων με Λογικές Πύλες Υλοποίηση με πύλες {AND, OR, NOT} Υλοποίηση λογικών παραστάσεων με πύλες NAND Υλοποίηση με πύλες NOR Δομές ΑΝD-NOR, OR-NAND Οι συναρτήσεις XOR (Exclusive-OR) και XNOR (Exclusive-NOR) Κυκλώματα με πολυπλέκτες δύο εισόδων Ασκήσεις Τέταρτο Κεφάλαιο Τεχνολογίες Υλοποίησης 4.1 Εισαγωγή Αναπαράσταση δυαδικών τιμών στα ψηφιακά κυκλώματα Τρανζίστορ MOS Λογικές πύλες τεχνολογίας CMOS Αντιστροφέας CMOS Πύλες NAND και NOR Μη αντιστρέφουσες πύλες Σύνθετες Λογικές Πύλες τεχνολογίας CMOS Πύλες μετάδοσης, πύλες XOR και πολυπλέκτες δύο εισόδων Επίπεδα λογικών σημάτων και περιθώρια θορύβου Δυναμική λειτουργία των λογικών πυλών Χρόνοι μετάπτωσης Καθυστέρηση διάδοσης Fanout Κατανάλωση ισχύος Τυπικά ολοκληρωμένα κυκλώματα λογικών πυλών Ασκήσεις

4 viii Ψηφιακή Σχεδίαση Πέμπτο Κεφάλαιο Διαδεδομένα Συνδυαστικά Κυκλώματα 5.1 Εισαγωγή Ανάλυση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων Σύνθεση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων Αποκωδικοποιητές Δίκτυα αποκωδικοποιητών Σχεδίαση συνδυαστικών κυκλωμάτων με αποκωδικοποιητές και πύλες OR Αποκωδικοποιητές με πύλες NAND Ολοκληρωμένα κυκλώματα αποκωδικοποιητών Κωδικοποιητές Κωδικοποιητές προτεραιότητος Πολυπλέκτες Δίκτυα πολυπλεκτών Υλοποίηση Λογικών Συναρτήσεων με Πολυπλέκτες Υλοποίηση πολυπλεκτων με απομονωτές τριών καταστάσεων Ολοκληρωμένα κυκλώματα με πολυπλέκτες Αποπολυπλέκτες Κυκλώματα πρόσθεσης μη προσημασμένων δυαδικών αριθμών Προσθετές με διάδοση κρατουμένου Πλήρης Αθροιστής Ημιαθροιστής Προσθετής προσημασμένων αριθμών σε σύστημα συμπληρώματος του Κύκλωμα αφαίρεσης σε σύστημα συμπληρώματος του Συγκριτές Μεγέθους Ασκήσεις Έκτο Κεφάλαιο Βασικά Ακολουθιακά Κυκλώματα 6.1 Εισαγωγή Συστήματα πεπερασμένων καταστάσεων Δομή των ακολουθιακών κυκλωμάτων

5 ix 6.4 Μανδαλωτές και φλιπ-φλοπ Βασικός μανδαλωτής SR φλιπ-φλοπ Φλιπ-φλοπ τύπου D JK φλιπ-φλοπ Τ φλιπ-φλοπ Ακμοπυροδοτούμενα φλιπ-φλοπ Ακμοπυροδοτούμενα D φλιπ-φλοπ Ακμοπυροδοτούμενα JK και T φλιπ-φλοπ Χρόνοι Setup και Hold Ασύγχρονοι είσοδοι των φλιπ-φλοπ Ολοκληρωμένα κυκλώματα με φλιπ-φλοπ Ασκήσεις Έβδομο Κεφάλαιο Σύγχρονα Ακολουθιακά Κυκλώματα 7.1. Εισαγωγή Ανάλυση Σύγχρονων Ακολουθιακών Κυκλωμάτων Σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα χωρίς εξωτερικές εισόδους και με εξόδους της εξόδους των φλιπ-φλοπ Σύγχρονα Ακολουθιακά Κυκλώματα με Εξωτερικές Εισόδους Σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα με εξωτερικές εισόδους και εξόδους Σύνθεση Σύγχρονων Ακολουθιακών Κυκλωμάτων Σχεδίαση Σύγχρονων Ακολουθιακών Κυκλωμάτων με Αδιάφορες Καταστάσεις Ασκήσεις Όγδοο Κεφάλαιο Καταχωρητές Απαριθμητές 8.1 Καταχωρητές Ολοκληρωμένα κυκλώματα καταχωρητών Καταχωρητές ολίσθησης

6 x Ψηφιακή Σχεδίαση Καταχωρητές ολίσθησης σειριακής-εισόδου-σειριακής-εξόδου Καταχωρητές σειριακής-εισόδου/παράλληλης-εξόδου Καταχωρητές ολίσθησης παράλληλη εισόδου-σειριακής εξόδου Καταχωρητής ολίσθησης δύο κατευθύνσεων με παράλληλη είσοδο και έξοδο Δίκτυα ολισθητών Ολοκληρωμένα κυκλώματα ολισθητών Απαριθμητές Ασύγχρονοι Απαριθμητές Σύγχρονοι Απαριθμητές Διαιρέτες συχνότητος Δίκτυα απαριθμητών Απαριθμητές με παράλληλη φόρτωση Ολοκληρωμένα κυκλώματα απαριθμητών Εναλλακτική σχεδίαση σύγχρονων μη-δυαδικών απαριθμητών Κυκλικοί καταχωρητές Απαριθμητές δακτυλίου Απαριθμητές Johnson Ασκήσεις Ένατο Κεφάλαιο Ημιαγωγικές Μνήμες 9.1 Εισαγωγή Μνήμες Ανάγνωσης/Εγγραφής Στατικές RAM Είσοδοι και έξοδοι των SRAM Μνήμες SRAM με δίαυλο διπλής κατεύθυνσης Εσωτερική δομή των SRAM Κύτταρο αποθήκευσης των σύγχρονων SRAM Δυναμικές RAM Δομή των DRAM Μνήμες ROM Τύποι ROM Επέκταση του μήκους λέξης μιας μνήμης Επέκταση του αριθμού θέσεων μιας μνήμης Ασκήσεις

7 xi Δέκατο Κεφάλαιο Περιγραφή Ψηφιακών Κυκλωμάτων με την Γλώσσα VHDL 10.1 Εισαγωγή Εργαλεία σχεδίασης Γλώσσες Περιγραφής υλικού Περιγραφή απλών συνδυαστικών κυκλωμάτων με την γλώσσα VHDL Σχεδίαση Αριθμητικών Κυκλωμάτων με την γλώσσα VHDL Εντολές αντιστοίχησης της γλώσσας VHDL Περιγραφή Βασικών Συνδυαστικών Κυκλωμάτων με την VHDL Περιγραφή με την VHDL του 2 1 πολυπλέκτη Περιγραφή του 4 1 πολυπλέκτη Περιγραφή με την VHDL του 2 4 αποκωδικοποιητή Περιγραφή με την VHDL του κωδικοποιητή προτεραιότητος Περιγραφή ακολουθιακών κυκλωμάτων με την γλώσσα VHDL Περιγραφή με την γλώσσα VHDL των φλιπ-φλοπ Περιγραφή με την VHDL των βασικών ακολουθιακών κυκλωμάτων Βιβλιογραφία