Advanced Digital Design with the Veriloga HDL + Xilinx 6.3 Student Edition Package pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Ciletti, Michael D.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2004-12

价格:$ 179.67

装帧:HRD

isbn号码:9780131678446

丛书系列:

图书标签:

• 电子书
• Verilog HDL
• 数字电路设计
• FPGA
• Xilinx
• 高级数字设计
• 可编程逻辑器件
• 数字系统设计
• 电子工程
• 教材
• 学生版

现代电子系统设计：从理论基石到实践前沿 图书主题： 本书旨在为读者构建一个全面、深入的数字系统设计知识体系，重点关注现代电子工程领域的核心理论、关键设计范式以及前沿技术实现路径。内容涵盖从最基础的逻辑代数和器件行为，到复杂系统的架构设计与验证流程。本书不涉及任何特定厂商的硬件描述语言（HDL）或特定版本的集成开发环境（IDE）的使用说明。 --- 第一部分：数字逻辑与器件基础——理论的根基 本部分致力于夯实读者对数字电路和电子器件的理解，这是所有复杂系统设计的基石。 第一章：布尔代数与组合逻辑设计 本章深入探讨了离散数学在电子工程中的应用。详细阐述了布尔代数的基本公理、定理及其在逻辑表达式简化中的应用。内容包括卡诺图（Karnaugh Map）的高效使用方法、Quine-McCluskey 算法的原理与流程，以及如何从真值表推导出最简标准形式。此外，还详细分析了多输入组合逻辑函数的关键参数，如传输延迟、扇入与扇出限制，并介绍了通用门和门级电路的优化技术。 第二章：时序逻辑电路与状态机理论 本章侧重于存储元件和依赖时间的系统行为。系统地介绍了基本存储单元（如锁存器与触发器）的结构、工作特性和敏感性分析。对主从结构、边沿触发机制进行了深入剖析。随后，重点讲解了有限状态机（FSM）的设计方法论，包括状态图的绘制、状态编码的优化（如格雷码编码对毛刺问题的缓解作用），以及如何设计同步和异步复位电路。对竞争与冒险现象的成因、检测和消除技术进行了详尽的探讨。 第三章：半导体器件的开关行为与模型 本章超越了理想逻辑门的范畴，进入到器件物理层面的开关特性分析。详细描述了 MOS 晶体管（NMOS 和 PMOS）的静态和动态工作区模型，重点分析了晶体管作为开关时的导通电阻、阈值电压及其对逻辑电平的影响。对 CMOS 逻辑的基本结构（反相器、两输入门）的延迟特性和功耗特性进行了精确的数学建模，为后续的系统级功耗估算打下基础。此外，还涉及了亚稳态的产生条件和避免策略。 第四章：存储器系统与数据通路结构 本章聚焦于数据存储与处理单元的组织。全面解析了静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的基本存储单元结构、读写时序要求。探讨了不同类型的片上缓存（Cache）的组织结构（直接映射、组相联、全相联）及其替换策略的原理。在数据通路方面，详细论述了加法器（如先行携带加法器 ASIC）和乘法器的不同实现结构（如 Booth 算法在硬件实现中的应用），并分析了运算单元在流水线设计中的瓶颈问题。 --- 第二部分：系统级抽象与架构设计——迈向复杂性管理 本部分将视角从单元级电路提升至系统级架构，关注如何有效地组织和抽象大型数字系统。 第五章：模块化设计与层次化抽象 本章阐述了复杂系统设计的核心原则：抽象与封装。定义了功能模块的边界、接口和内部实现隔离的重要性。详细介绍了如何构建可重用性高的标准接口协议，并讨论了自顶向下（Top-Down）和自底向上（Bottom-Up）两种设计流程的适用场景和权衡。强调了设计文档在维护和迭代过程中的关键作用。 第六章：指令集架构（ISA）与处理器基础 本章深入探讨了指令集架构（ISA）的设计理念，包括指令格式、寻址模式和操作码的设计原则。基于 RISC 原理，构建了一个简化的、虚拟的处理器模型，用以说明程序计数器（PC）、指令寄存器、算术逻辑单元（ALU）和控制单元之间的交互。本章重点在于理解指令的获取、译码、执行和写回这四个核心阶段的时序关系，而非特定处理器的实现细节。 第七章：流水线设计与性能剖析 本章是性能优化的核心。详细分析了指令级流水线技术的工作原理，包括将一条指令的执行分解为多个阶段（如取指、译码、执行等）。重点分析了流水线设计中固有的冒险问题：结构冒险、数据冒险和控制冒险，并详细阐述了硬件解决机制，如数据前推（Forwarding/Bypassing）技术和分支预测器的基本逻辑。通过计算 CPI（每周期指令数）和时钟频率，量化流水线对系统吞吐量的影响。 第八章：总线结构与片上互连 本章关注系统中不同功能模块间的通信机制。全面对比了串行总线（如 I2C, SPI 的基本概念模型）与并行总线的架构特点。深入分析了主从式总线仲裁机制，包括固定优先级、轮询和链式仲裁的逻辑实现。最后，引入了先进片上网络（NoC）的基本拓扑结构（如 Mesh, Torus）及其路由算法的初步概念，为多核系统互连奠定理论基础。 --- 第三部分：系统验证与设计流程——实现的可行性 本部分关注设计完成后，如何系统地验证其正确性，并理解设计实现流程中的关键步骤。 第九章：数字系统验证方法论 本章强调验证在现代设计流程中的主导地位。详细介绍了功能验证（Functional Verification）的必要性，区分了仿真、形式验证和等价验证的适用范围。阐述了测试平台（Testbench）的基本架构，包括激励生成器、响应检查器和覆盖率收集器。重点讲解了断言（Assertions）在设计中嵌入错误检查逻辑的机制，以及如何利用覆盖率度量来指导测试用例的完善。 第十至章节：设计实现流程概述（综合与布局规划的抽象原理） 本章概述了将高层级设计描述转化为物理实现所经历的主要步骤，但不涉及具体工具的操作流程。 综合（Synthesis）原理： 解释了综合过程是将设计描述映射到目标器件的逻辑单元库（如查找表 LUTs、触发器 FF）的过程，强调了设计约束（Timing Constraints）对综合结果优化的指导作用。 布局规划（Place & Route）的挑战： 讨论了物理实现阶段面临的关键挑战，如布线拥塞、关键路径延迟的确定，以及如何通过设计规则检查（DRC）和物理验证（LVS）来确保实现结果的电气完整性。 --- 总结： 本书提供了一个独立于特定实现工具的、坚实的数字系统设计理论框架。它旨在培养读者从第一性原理出发，分析、设计和评估复杂数字电路与系统的能力。读者将掌握构建高效、可靠数字系统的核心思维方式和分析工具。

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