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文檔簡(jiǎn)介
數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)Digital
System
Design?
Digital
System
Design32015
ZDMC
–
Lec.
#1課程簡(jiǎn)介
參考書
閻石,
數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ),第5版,
高等教育出版社,
2006.
R
J.
Tocci
et
al.,
Digital
Systems
Principles
and
Applications,
Tenth
Edition,
2006.
R.H.Katz,
G.Borriello,
Contemporary
Logic
Design,
second
edition,電子工業(yè)出版社,
2005.
M.M.Mano,
Michael
D.Ciletti,
Digital
Design,
Fourth
Edition,
數(shù)字設(shè)計(jì)(第四版),
電子工業(yè)出版社,
2008.
–
/mano
補(bǔ)充材料,見網(wǎng)頁(yè)
/liupeng/教學(xué)工作
數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)考核
平時(shí)30%(作業(yè),
測(cè)驗(yàn),
上課,
期中考試)
期末考試70%答疑
信電樓307房間/周五下午3:00-4:30?
Digital
System
Design42015
ZDMC
–
Lec.
#1課程結(jié)構(gòu)
基礎(chǔ)理論知識(shí)(必備)
數(shù)字系統(tǒng)和編碼、布爾代數(shù)門電路數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)
組合電路
時(shí)序電路控制器和微碼多節(jié)拍微處理器設(shè)計(jì)測(cè)試和驗(yàn)證脈沖電路?
Digital
System
Design52015
ZDMC
–
Lec.
#1數(shù)字系統(tǒng)-設(shè)計(jì)抽象級(jí)別(Design
Abstraction
Levels)n+n+SGD+
GATECIRCUIT
DEVICEMODULESYSTEM?
Digital
System
Design62015
ZDMC
–
Lec.
#1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
(Design
Metrics)
如何評(píng)價(jià)數(shù)字電路的性能
(Figure
of
Merit)
成本Cost可靠性Reliability可擴(kuò)展性Scalability速度Speed
(delay,
operating
frequency)功耗Power
dissipation能耗Energy
to
perform
a
function?
Digital
System
Design72015
ZDMC
–
Lec.
#1
同步數(shù)字系統(tǒng)
(Digital
Systems)同步數(shù)字硬件系統(tǒng)Synchronous
Digital
Hardware
SystemsA
series
of
numbers
is
used
to
represent
the
waveform,
rather
than
a
voltage
or
current,
as
in
analog
systems.
同步(Synchronous):
“Clocked”
-
all
changes
in
the
system
are
controlled
by
a
global
clock
and
happen
at
the
same
time
(not
asynchronous)
數(shù)字(Digital):
All
inputs/outputs
and
internal
values
(signals)
take
on
discrete
values
(not
analog).
Example
digital
representation:
acoustic
waveform?
Digital
System
Design82015
ZDMC
–
Lec.
#1數(shù)字系統(tǒng)例子-1
數(shù)字計(jì)算機(jī)-
最小化成本
最大化能效
計(jì)算器?
Digital
System
Design92015
ZDMC
–
Lec.
#1數(shù)字系統(tǒng)例子-2
數(shù)字手表
最小化功耗.
電池可維持?jǐn)?shù)年
可穿戴設(shè)備?
Digital
System
Design數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)例子-3
The
TROJAN
PROOF
CHIP102015
ZDMC
–
Lec.
#1?
Digital
System
Design112015
ZDMC
–
Lec.
#1設(shè)計(jì)折中
設(shè)計(jì)規(guī)范-
功能性描述.
–性能(速度)
–成本(復(fù)雜性)
–功耗(能量消耗)
作為設(shè)計(jì)人員必須在約束條件下實(shí)現(xiàn)預(yù)期的
功能。?
Digital
System
Design122015
ZDMC
–
Lec.
#1設(shè)計(jì)表達(dá)?
Digital
System
Design132015
ZDMC
–
Lec.
#1
AnalogBasebandDigital
Baseband
(DSP
+
MCU)
PowerManagement
SmallSignal
RFPower
RFCellPhoneSystem-on-a-Chip
design
:
integrates
processors,External
IO?
Digital
System
Design14Blue
Gene/QCompute
chip
360
mm2Cu-45
technology
(SOI)
~
1.47
B
transistors16
user
+
1
service
processors
plus
1
redundant
processor
all
processors
are
symmetric
each
4-way
multi-threaded
64
bits
PowerISA?
1.6
GHz
L1
I/D
cache
=
16kB/16kB
L1
prefetch
engines
each
processor
has
Quad
FPU
(4-wide
double
precision,
SIMD)
peak
performance
204.8
GFLOPS@55WCentral
shared
L2
cache:
32
MB
eDRAM
multiversioned
cache
will
support
transactional
memory,
speculative
execution.
supports
atomic
opsDual
memory
controller
16
GB
external
DDR3
memory
1.33
Gb/s
2
*
16
byte-wide
interface
(+ECC)Chip-to-chip
networking
Router
logic
integrated
into
BQC
chip.
PCIe
Gen2
interface2015
ZDMC
–
Lec.
#1memory
and
networking
logic
into
a
single
chip
?
Digital
System
Design162015
ZDMC
–
Lec.
#1目標(biāo)
數(shù)字電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論
數(shù)字系統(tǒng)分析方法
數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
數(shù)字系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和測(cè)試方法
數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)和解決問題的基本技能
電路圖
硬件描述語(yǔ)言
語(yǔ)言描述問題?
Digital
System
Design172015
ZDMC
–
Lec.
#1邏輯代數(shù)基礎(chǔ)(復(fù)習(xí))?
Digital
System
Design182015
ZDMC
–
Lec.
#1邏輯代數(shù)概述
基本概念-布爾代數(shù)
邏輯:
事物的因果關(guān)系
邏輯運(yùn)算的數(shù)學(xué)基礎(chǔ):
邏輯代數(shù)
在二值邏輯中的變量取值:
0/1
用簡(jiǎn)單(0/1)代數(shù)描述復(fù)雜性事物?
Digital
System
Design192015
ZDMC
–
Lec.
#1邏輯代數(shù)中的三種基本運(yùn)算或(OR)非(NOT與(AND)
)1)以A=1表示開關(guān)A合上,A=0表示開關(guān)A斷開;2)以Y=1表示燈亮,Y=0表示燈不亮;三種電路的因果關(guān)系不同:?
Digital
System
Design202015
ZDMC
–
Lec.
#1
與
-AND
條件同時(shí)具備,結(jié)果發(fā)生
Y=
A
AND
B
=
A&B
=
A·B
=
AB
真值表/truth
table圖形符號(hào)A0011B0101Y0001國(guó)標(biāo)國(guó)際?
Digital
System
Design212015
ZDMC
–
Lec.
#1
或-OR
條件之一具備,結(jié)果發(fā)生
Y=
A
OR
B
=
A+B
真值表圖形符號(hào)A0011B0101Y0111?
Digital
System
Design222015
ZDMC
–
Lec.
#1
真值表圖形符號(hào)非-NOT(反相器)
條件不具備,結(jié)果發(fā)生
Y
A
NOT
AA01Y10?
Digital
System
Design232015
ZDMC
–
Lec.
#1幾種常用的復(fù)合邏輯運(yùn)算1
與非-NAND
或非-NOR與或非AND-NOR?
Digital
System
Design242015
ZDMC
–
Lec.
#1幾種常用的復(fù)合邏輯運(yùn)算2
異或-EXCLUSIVE
OR
Y=
A
BA0011B0101Y0110?
Digital
System
Design252015
ZDMC
–
Lec.
#1幾種常用的復(fù)合邏輯運(yùn)算3
同或-EXCLUSIVE
NOR
/符合
Y=
A
⊙BA0011B
0
1
0
1Y1001?
Digital
System
Design262015
ZDMC
–
Lec.
#1邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式
基本公式
運(yùn)算規(guī)則:交換律、結(jié)合律、分配律、重疊律、互補(bǔ)
律、反演律、還原律、逆;
常用公式
符號(hào)的優(yōu)先級(jí):1)括號(hào),2)非,3)與,4)或。?
Digital
System
Design272015
ZDMC
–
Lec.
#1基本公式
根據(jù)與、或、非的定義,得布爾恒等式序號(hào)公式序號(hào)公式101112131415161718
1′
=
0;
0′=
1
1
+
A=
1
0
+A=A
A+A=A
A
+
A′
=
1
A
+B
=
B
+
AA
+
(B
+C)
=
(A
+
B)
+
C
A
+
B
C
=
(A
+B)(A
+C)
(A+
B)
′
=
A′B′123456789
0
A
=
0
1
A
=
A
AA=A
A
A′=
0
AB=BA
A
(B
C)
=
(A
B)
CA
(B
+C)
=
A
B
+
A
C
(A
B)
′
=
A′
+
B′
(A
′)
′
=
A證明方法:推演
真值表?
Digital
System
Design282015
ZDMC
–
Lec.
#1公式(17)的證明(公式推演法):A+BC=(A+B)(A+C)
右
(A
B)(A
C)
A
AB
AC
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