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第一部分 绪论 2

第1章 数字抽象化 2

1.1 数字信号 2

1.2 数字信号容忍噪声 3

1.3 数字信号表示复杂数据 6

1.3.1 表示一年中的某一天 7

1.3.2 表示减色法 8

1.4 数字逻辑函数 8

1.5 数字电路和系统的Verilog描述 9

1.6 系统中的数字逻辑 11

小结 11

文献说明 12

习题 12

第2章 数字系统设计实践 15

2.1 设计流程 15

2.1.1 设计规格 15

2.1.2 概念开发与可行性 17

2.1.3 划分与详细设计 18

2.1.4 验证 19

2.2 数字系统由芯片和电路板构建 19

2.3 计算机辅助设计工具 22

2.4 摩尔定律和数字系统演变 23

小结 25

文献说明 25

习题 25

第二部分组合逻辑 28

第3章 布尔代数 28

3.1 公理 28

3.2 性质 29

3.3 对偶函数 30

3.4 标准形式 31

3.5 从公式到门电路 31

3.6 用Verilog描述布尔表达式 33

小结 35

文献说明 35

习题 35

第4章 CMOS逻辑电路 38

4.1 开关逻辑 38

4.2 MOS晶体管的开关模型 41

4.3 CMOS门电路 46

4.3.1 基本的CMOS门电路 46

4.3.2 反相器、与非门、或非门 47

4.3.3 复杂门 49

4.3.4 三态电路 50

4.3.5 应避免使用的电路 52

小结 52

文献说明 53

习题 53

第5章 CMOS电路的延迟和功耗 56

5.1 静态CMOS门的延迟 56

5.2 扇出和驱动大电容负载 58

5.3 扇入和逻辑功效 59

5.4 延迟计算 61

5.5 延迟优化 63

5.6 连线延迟 64

5.7 CMOS电路的功率损耗 67

5.7.1 动态功耗 67

5.7.2 静态功耗 68

5.7.3 功率调节 68

小结 69

文献说明 69

习题 70

第6章 组合逻辑设计 72

6.1 组合逻辑 72

6.2 闭合 73

6.3 真值表、最小项和标准形式 73

6.4 蕴涵项和立方体 75

6.5 卡诺图 77

6.6 函数的覆盖 78

6.7 由覆盖转化成门电路 79

6.8 不完全确定函数 80

6.9 “和之积”形式的实现 81

6.10 险象 83

小结 84

文献说明 85

习题 85

第7章 使用Verilog描述组合逻辑 89

7.1 用Verilog描述素数电路 89

7.1.1 Verilog模块 89

7.1.2 case语句 90

7.1.3 casex语句 92

7.1.4 assign语句 93

7.1.5 结构描述 94

7.1.6 十进制素数函数 95

7.2 素数电路的测试平台 95

7.3 实例：七段译码器 98

小结 103

文献说明 104

习题 104

第8章 组合电路基础单元 106

8.1 多位信号的表示 106

8.2 译码器 106

8.3 多路选择器 109

8.4 编码器 115

8.5 仲裁器和优先编码器 118

8.6 比较器 121

8.7 移位器 123

8.8 只读存储器 123

8.9 读写存储器 126

8.10 可编程逻辑阵列 128

8.11 数据手册 128

8.12 知识产权 129

小结 130

文献说明 130

习题 131

第9章 组合电路实例 132

9.1 3的倍数电路 132

9.2 明天电路 135

9.3 优先级仲裁器 137

9.4 井字棋游戏 138

小结 145

习题 145

第三部分算术电路 148

第10章 算术电路 148

10.1 二进制数 148

10.2 二进制加法 150

10.3 负数和减法 154

10.4 乘法 159

10.5 除法 162

小结 165

习题 166

第11章 定点数和浮点数 170

11.1 误差的表示方法：准度、精度和分辨率 170

11.2 定点数 172

11.2.1 表示方法 172

11.2.2 运算 173

11.3 浮点数 175

11.3.1 表示方法 175

11.3.2 未规格化数和逐级下溢 176

11.3.3 浮点数乘法 176

11.3.4 浮点数加／减法 178

小结 180

文献说明 181

习题 181

第12章 快速算术电路 183

12.1 超前进位 183

12.2 布斯编码 188

12.3 华莱士树 191

12.4 综合说明 195

小结 195

文献说明 196

习题 196

第13章 算术运算实例 198

13.1 复数乘法 198

13.2 定点和浮点格式之间的转换 200

13.2.1 浮点格式 200

13.2.2 定点数到浮点数的转换 201

13.2.3 浮点数到定点数的转换 202

13.3 FIR滤波器 203

小结 206

文献说明 206

习题 206

第四部分同步时序逻辑 210

第14章 时序逻辑 210

14.1 时序电路 210

14.2 同步时序电路 211

14.3 交通灯控制器 213

14.4 状态分配 215

14.5 实现有限状态机 216

14.6 Verilog编程实现有限状态机 218

小结 222

文献说明 223

习题 223

第15章 时序约束 226

15.1 传播和污染延迟 226

15.2 D触发器 228

15.3 设置和保持时序约束 229

15.4 时钟偏差的影响 231

15.5 时序实例 232

15.6 时序和逻辑综合 233

小结 235

文献说明 235

习题 236

第16章 数据通路时序逻辑 239

16.1 计数器 239

16.1.1 简单计数器 239

16.1.2 加一／减一／载入计数器 240

16.1.3 定时器 241

16.2 移位寄存器 244

16.2.1 一个简单的移位寄存器 244

16.2.2 左移／右移／载入移位寄存器 245

16.2.3 通用移位器／计数器 246

16.3 控制和数据分区 248

16.3.1 实例：自动售货机FSM 249

16.3.2 实例：密码锁 257

小结 260

习题 261

第17章 分解有限状态机 263

17.1 闪光信号灯 263

17.2 交通灯控制器 271

小结 278

习题 279

第18章 微码 282

18.1 简单的微编码FSM 282

18.2 指令序列 286

18.3 多路分支 291

18.4 多种指令类型 292

18.5 微码子程序 296

18.6 简单计算机 296

小结 302

文献说明 302

习题 302

第19章 时序电路实例 305

19.1 3分频计数器 305

19.2 SOS探测器 306

19.3 井字棋游戏 309

19.4 赫夫曼编码／译码 311

19.4.1 赫夫曼编码器 311

19.4.2 赫夫曼解码器 314

小结 316

文献说明 316

习题 317

第五部分实用设计 320

第20章 验证与测试 320

20.1 设计验证 320

20.1.1 覆盖率的验证 320

20.1.2 测试的类型 321

20.1.3 静态时序分析 322

20.1.4 形式验证 322

20.1.5 缺陷跟踪 322

20.2 测试 322

20.2.1 故障模型 322

20.2.2 组合逻辑测试 323

20.2.3 测试冗余逻辑 323

20.2.4 扫描 324

20.2.5 内置自测试 325

20.2.6 特性测试 326

小结 326

文献说明 327

习题 327

第六部分 系统设计 330

第21章 系统级设计 330

21.1 系统设计过程 330

21.2 规格 330

21.2.1 Pong 331

21.2.2 DES破解器 332

21.2.3 音乐播放器 333

21.3 系统划分 334

21.3.1 Pong 335

21.3.2 DES破解器 335

21.3.3 音乐合成器 335

小结 337

文献说明 337

习题 337

第22章 接口和系统级时序 338

22.1 接口时序 338

22.1.1 常有效时序 338

22.1.2 周期性有效信号 338

22.1.3 流控制 339

22.2 接口划分与选择 341

22.3 接口的串行化与分包 341

22.4 同步时序 344

22.5 时序表 344

22.5.1 事件流 345

22.5.2 流水线和时序预测 345

22.6 接口与时序实例 345

22.6.1 Pong 345

22.6.2 DES破解器 346

22.6.3 音乐播放器 348

小结 349

习题 349

第23章 流水线 351

23.1 流水线基础 351

23.2 流水线举例 353

23.3 实例：行波进位加法器流水线 355

23.4 流水线停顿 357

23.5 双缓冲 359

23.6 负载均衡 363

23.7 可变负载 364

23.8 资源共享 366

小结 367

文献说明 368

习题 368

第24章 互连 370

24.1 互连简述 370

24.2 总线 370

24.3 交叉开关 373

24.4 互连网络 374

小结 376

文献说明 377

习题 377

第25章 存储器系统 379

25.1 存储器的基本存储体 379

25.1.1 SRAM阵列 379

25.1.2 DRAM芯片 380

25.2 用位片和存储体构造存储器 382

25.3 交叉存储器 383

25.4 高速缓存 386

小结 389

文献说明 389

习题 389

第七部分异步逻辑 392

第26章 异步时序电路 392

26.1 流表分析 392

26.2 流表综合：触发电路 394

26.3 竞争与状态分配 397

小结 400

文献说明 400

习题 400

第27章 触发器 402

27.1 锁存器的内部结构 402

27.2 触发器的内部结构 404

27.3 CMOS锁存器与触发器 406

27.4 锁存器的流表推理 407

27.5 D触发器的流表综合 408

小结 410

文献说明 410

习题 410

第28章 亚稳态和同步失效 412

28.1 同步失效 412

28.2 亚稳态 413

28.3 进入和脱离非法状态的概率 415

28.4 亚稳态的演示 416

小结 418

文献说明 419

习题 419

第29章 同步器设计 420

29.1 何处使用同步器 420

29.2 蛮力同步器 421

29.3 多位信号的问题 422

29.4 FIFO同步器 423

小结 428

文献说明 429

习题 429

附录Verilog编码风格 431

参考文献 439

Verilog模块索引 444

主题词索引 447