计算机逻辑设计

第1章 开关理论基础 1

1．1 硬件技术概述 1

1．2 数制与编码 4

1．2．1 进制与二进制 4

1．2．2 进制间数值的相互转换 5

1．2．3 二-十进制码 8

1．2．4 数的编码 9

1．2．5 其他编码 12

1．3 开关逻辑理论 13

1．3．1 基本逻辑运算 14

1．3．2 复合逻辑运算 18

1．3．3 基本定律和规则 21

1．3．4 逻辑函数的标准形式 25

1．3．5 逻辑函数的等价转换 32

1．4 小结 33

习题 34

第2章 逻辑电路元器件 36

2．1 晶体管开关原理 36

2．2 NMOS 逻辑门 41

2．3 CMOS 逻辑门 43

2．4 晶体管逻辑电路的性质 46

2．4．1 逻辑电路的等效电阻 46

2．4．2 逻辑电路的传输特性 46

2．4．3 逻辑电路的动态性质 48

2．4．4 逻辑电路的功耗性质 49

2．4．5 逻辑电路的负载特性 50

2．5 缓冲器、传输门和三态门 52

2．6 正逻辑与负逻辑 54

2．7 7400系列标准芯片 55

2．8 可编程逻辑器件 57

2．8．1 可编程逻辑阵列（PLA） 57

2．8．2 可编程阵列逻辑 (PAL) 59

2．8．3 阵列的编程 61

2．8．4 复杂可编程逻辑器件（CPLD） 62

2．8．5 可编程逻辑器件（PLD)的实现 64

2．8．6 现场可编程门阵列(FPGA) 68

2．8．7 现场可编程门阵列（FPGA）的实现 71

2．9 定制芯片、标准单元和门阵列 73

2．10 小结 75

习题 76

第3章 逻辑函数优化 79

3．1 公式法化简 79

3．2 卡诺图法化简 81

3．2．1 卡诺图的构成 81

3．2．2 卡诺图表示逻辑函数 82

3．2．3 卡诺图上合并最小项 83

3．2．4 卡诺图化简逻辑函数 84

3．2．5 卡诺图法与公式法 89

3．2．6不完全确定的逻辑函数及其化简 90

3．2．7多输出逻辑函数的化简 92

3．3 列表法化简 93

3．4 小结 98

习题 99

第4章 组合逻辑的分析与设计 101

4．1 小型组合逻辑的分析 101

4．2 小型组合逻辑的设计 103

4．3 逻辑运算元件 109

4．3．1 多路选择器 109

4．3．2 编码器 116

4．3．3 译码器 117

4．3．4 码型转换器 122

4．4 算术运算元件 123

4．4．1 加法器 123

4．4．2 加/减法器 130

4．4．3 比较器 132

4．4．4 乘法器 135

4．5 中型组合逻辑的分析与设计 140

4．6 小结 147

习题 148

第5章 时序逻辑元件 152

5．1 双稳态存储单元 153

5．2 锁存器 155

5．2．1 基本RS锁存器 155

5．2．2 门控RS锁存器 157

5．2．3 门控D 锁存器 159

5．3 触发器 160

5．3．1 主从D 触发器 160

5．3．2 主从RS触发器 162

5．3．3 边沿触发的D 触发器 163

5．3．4 带清零和置数信号的D 触发器 164

5．3．5 T触发器 167

5．3．6 JK触发器 168

5．4 寄存器 169

5．4．1 移位寄存器 169

5．4．2 双向移位寄存器 171

5．5 计数器 173

5．5．1 异步计数器 173

5．5．2 同步计数器 175

5．5．3 并行置数计数器 178

5．5．4 二-十进制计数器 181

5．6 寄存器型计数器 182

5．6．1 环形计数器 182

5．6．2 扭环形计数器 183

5．7 小结 184

习题 185

第6章 时序逻辑分析与设计 188

6．1 同步时序逻辑的分析 188

6．1．1小型同步时序逻辑分析实例 189

6．1．2中型同步时序逻辑分析 197

6．2 时序逻辑元件的功能变换 200

6．3 同步时序逻辑的设计 204

6．3．1 小型同步时序逻辑设计实例 204

6．3．2 串行加法器的设计 216

6．3．3 计数器的设计 220

6．3．4 中型同步时序逻辑设计 229

6．3．5 状态化简 235

6．4 异步时序逻辑的分析 242

6．5 小结 245

习题 246

第7章 综合逻辑设计 254

7．1 算法状态机 254

7．2 算术逻辑单元结构的设计 261

7．3 总线结构的设计 265

7．4 存储部件的设计 272

7．5 小结 277

习题 278

第8章 逻辑设计的VHDL语言 281

8．1 VHDL入门需掌握的基本知识 281

8．2 命名规则和注释 282

8．3 对象及其说明、运算和赋值 282

8．3．1 信号、变量和常量 282

8．3．2 数据类型 283

8．3．3 信号、变量和常量的说明 284

8．3．4 常用运算符 285

8．3．5 赋值语句 287

8．4 if语句、case语句和process语句的使用 287

8．4．1 if 语句 288

8．4．2 process语句 290

8．4．3 case语句 295

8．5 设计实体 298

8．5．1 实体（entity） 298

8．5．2 结构体(architecture) 300

8．6 层次结构设计 304

8．6．1 component语句和port map语句 305

8．6．2 用层次结构设计方法设计一个与或门 306

8．7 一个通用寄存器组的设计 309

8．7．1 设计要求 309

8．7．2 设计方案 309

8．7．3 设计实现 309

8．8 用VHDL语言设计硬件的几点建议 313

8．9 小结 314

习题 315

第9章 逻辑设计环境及实例 329

9．1 在Quartus II 9．0中用原理图实现的设计实例 329

9．1．1 基本门路设计 329

9．1．2 加法器设计 336

9．2 在Quartus II 9．0中用VHDL语言的设计实例 338

9．2．1 编码器的设计 338

9．2．2 译码器的设计 339

9．2．3 寄存器的设计 340

9．2．4 计数器的设计 342

9．2．5 分频器的设计 343

9．3 在Quartus II 9．0中的数字系统综合设计实例 345

9．3．1 扫描数码管显示 345

9．3．2 交通灯控制器的设计实现 348

9．4 小结 352

本书主要介绍计算机逻辑分析和设计的基本理论和方法，包括开关理论基础、逻辑器件、组合逻辑的分析与设计方法、时序逻辑的分析与设计方法。淡化了具体芯片的功能，而强化了逻辑设计对于硬件构成的作用。并通过对EDA环境及语言的介绍，使得读者方便的对计算机逻辑设计进行实践操作。全书共分为9章，其内容包括：开关理论基础、逻辑电路器件、逻辑函数优化、组合逻辑的分析与设计、时序逻辑构件、时序逻辑的分析与设计、综合逻辑设计、逻辑设计的VHDL语言、逻辑设计环境及实例。
本书结合了作者多年的教学实践经验，吸取了国内外有关名著、资料之精华，目标明确，突出重点，与计算机专业相关课程衔接紧密。含有大量例题与习题，适合读者边学边练。本书可作为计算机本科及相关专业的计算机逻辑基础（原数字电路）等课程的教材。也适合本科生及研究生研究学习计算机逻辑设计方法的参考书。

1.着重强化逻辑的分析与设计方法，侧重使用EDA软件进行逻辑设计
2.加强硬件描述语言的应用，并配合实例进行设计介绍
3.加强当前实际应用中器件的介绍，而对过于陈旧的电子器件的介绍有所削弱
4.本书主要介绍计算机逻辑分析和设计的基本理论和方法，包括开关理论基础、逻辑器件、组合逻辑的分析与设计方法、时序逻辑的分析与设计方法。淡化了具体芯片的功能，而强化了逻辑设计对于硬件构成的作用。并通过对EDA环境及语言的介绍，使得读者方便的对计算机逻辑设计进行实践操作。全书共分为9章，其内容包括：开关理论基础、逻辑电路器件、逻辑函数优化、组合逻辑的分析与设计、时序逻辑构件、时序逻辑的分析与设计、综合逻辑设计、逻辑设计的VHDL语言、逻辑设计环境及实例。