год издания — 2003, кол-во страниц — 432, ISBN — 5-94836-015-6, тираж — 5000, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7БЦ матов., издательство — Техносфера

серия — Мир электроники

КНИГА СНЯТА С ПРОДАЖИ

Klaus Fricke
Digitaltechnik Lehr- und Übungsbuch für
Elektrotechniker und Informatiker
2., durchgesehene Auflage
Mit 147 Abbildungen und 86 Tabellen
©2001 Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH,
Braunschweig/Wiesbaden
Пер. с нем. под ред. В. Я. Кремлева
Рекомендовано МИЭТ в качестве учебного пособия для студентов, специализирующихся в области проектирования цифровых интегральных схем
Формат 70x100 1/16. Офсетная печать. Бумага офсет №1, плотность 65 г/м²

Книга даёт научно обоснованное введение в цифровую технику, предоставляя в полной мере её основы, вплоть до конструирования и программирования. Читатель получает знания, которые делают возможным понимание большинства цифровых технических схем. Особенно детально рассматривается синтез логических схем. На примерах обсуждаются наиболее часто применяемые стандартные схемы — мультиплексоры и преобразователи кода. Подробно анализируются основы арифметики с фиксированной запятой и аппаратная реализация арифметических блоков. Для различных блоков ЗУ приводятся типовые временные диаграммы. В качестве введения в проектирование структур компьютеров представлены драйверы с программным управлением. Подробно описана элементная база цифровых устройств и рассмотрены ключевые проблемы их энергетики. Дано чёткое введение в микропроцессорную технику. Учебное пособие будет полезно инженерам-практикам, активно использующим элементную базу цифровой техники, программирование микроконтроллеров и ПЛИС.

Глава 1.
Введение	16

Глава 2.
Кодирование и системы счисления	19
2.1. Коды	19
2.2. Двоичный код	20
2.3. Арифметические операции с фиксированной запятой в двоичной системе	22
2.3.1. Целочисленное сложение в двоичной системе	22
2.3.2. Сложение чисел с фиксированной запятой	23
2.3.3. Представление с помощью обратного кода	23
2.3.4. Представление с помощью двойного дополнения (точное дополнение, two's complement)	24
2.3.5. Вычитание при представлении с помощью точного дополнения	25
2.3.6. Переполнение числового диапазона	26
2.3.7. Умножение	27
2.3.8. Деление	28
2.4. Шестнадцатеричный код	29
2.5. Восьмеричный код	30
2.6. Код Грея	30
2.7. Двоично-десятичный код	31
2.8. Алфавитно-цифровые коды	32
2.9. Упражнения	32

Глава 3.
Переключательная алгебра	34
3.1. Переключательная переменная и переключательная функция	34
3.2. Двухразрядные переключательные функции	36
3.3. Вычислительные правила	38
3.4. Каноническая дизъюнктивная нормальная форма (KDNF)	40
3.5. Каноническая конъюнктивная нормальная форма (KKNF)	41
3.6. Представление функций с помощью KKNF и KDNF	42
3.7. Минимизация с помощью переключательной алгебры	44
3.8. Способ упрощённой записи	45
3.9. Символическое обозначение логических элементов	46
3.9.1. Основы структуры символов	46
3.9.2. Индексация зависимости	47
3.9.3. Зависимость вида И (G)	47
3.9.4. Зависимость по типу ИЛИ (V)	48
3.9.5. Зависимость по типу EXOR (N)	49
3.9.6. Образующая соединение зависимость (Z)	49
3.9.7. Зависимость с передачей (X)	49
3.10. Упражнения	50

Глава 4.
Поведение логических вентилей	52
4.1. Положительная и отрицательная логика	53
4.2. Определение времени переключения	54
4.3. Передаточная характеристика, запас по помехоустойчивости	56
4.4. Вентили	58
4.4.1. Вентили с открытым коллектором (open collector)	60
4.4.2. Вентиль с тремя состояниями	61
4.5. Упражнения	62

Глава 5.
Схемотехника	64
5.1. КМОП	64
5.1.1. Нагрузочная способность	66
5.1.2. Основные схемы NAND и NOR	67
5.1.3. Передаточный вентиль	68
5.1.4. Элемент с тремя состояниями	69
5.1.5. Специфические свойства КМОП	69
5.2. ТТЛ	71
5.2.1. Нагрузка выходов	72
5.3. Эмиттерно-связанная логика	73
5.4. Интегральная инжекционная логика (I²L)	74
5.5. Рассеиваемая мощность и характеристики переключения транзисторных переключателей	76
5.6. Упражнения	78

Дополнение.
Элементная база цифровых устройств. Энергетика обработки цифровой информации	79
Д.1. Введение	79
Д.2. Энергетика и скорость производства цифровой информации	79
Д.2.1. Классификация вентилей как энергопотребителей	81
Д.2.2. Общие вопросы энергетики цифровых вентилей	84
Д.2.3. Скорость производства информации	93
Д.З. Организация и энергетика цифровых схем без отношения	105
Д.3.1. Общий принцип организации схем и схемотехнические разновидности	106
Д.3.2. Энергетика производства информации	114
Д.3.3. Мощностные характеристики	116
Д.4. Схемотехнические и энергетические характеристики логических схем с отношением	118
Д.4.1. Классификация базовых вентилей с отношением	119
Д.4.2. Основные схемотехнические и структурно-топологические типы	121
Д.4.3. Особенности обработки информации и энергопотребления	128
Д.4.4. Особенности энергопотребления	130
Д.5. Схемотехника логических вентилей на токовых ключах	132
Д.5.1. Общий принцип схемотехнической организации и классификация	133
Д.5.2. Интегральная инжекционная логика	136
Д.5.3. Быстродействие и энергетика токовых ключей	145
Д.6. Принципы организации частично диссипативных схем	149
Д.6.1. Принцип адиабатического переключения	150
Д.6.2. Статические CMOS вентили с коллапсирующим импульсным питанием	153
Д.6.3. Вентили со ступенчатой перезарядкой выходной ёмкости	157
Д.7. Вентили с нетрадиционной организацией энергопитания 161
Д.7.1. Питание ионизирующим излучением	161
Д.7.2. Схемотехнические и структурно-топологические решения базовых логических вентилей, питающихся излучением	165
Д.8. Заключение	172

Глава 6.
Логические схемы	173
6.1. Минимизация с помощью диаграмм Карно-Вейча	173
6.1.1. Минимизация KDNF	173
6.1.2. Минимизация нормальной KKNF	177
6.1.3. Диаграммы Карно-Вейча для 2, 3, 4, 5, 6 входных переменных	178
6.1.4. Неполностью заданные функции	178
6.2. Способ Квина-Мак-Класки	180
6.3. Другие направления оптимизации	184
6.3.1. Преобразование логической схемы И/ИЛИ в схему НЕ-И	185
6.3.2. Преобразование логической схемы ИЛИ/И в логическую схему НЕ-ИЛИ	186
6.4. Воздействие времени задержки на логические схемы	187
6.4.1. Отрицательное воздействие на структуру	187
6.4.2. Отрицательное воздействие на функционирование	189
6.4.3. Классификация отрицательных воздействий	190
6.5. Упражнения	190

Глава 7.
Асинхронные триггеры	193
7.1. Принципиальные особенности структуры триггеров	194
7.2. Анализ асинхронных триггеров	194
7.3. Систематический анализ	196
7.4. Анализ с учётом задержки вентилей	198
7.5. Элементы ЗУ	201
7.5.1. RS-триггер	201
7.5.2. RS-триггер с тактовым входом	201
7.5.3. D-триггер	204
7.5.4. D-триггер с управлением по переднему фронту импульса	205
7.5.5. Управление передним и задним фронтом	210
7.5.6. J-K-триггер	211
7.5.7. Т-триггер	212
7.5.8. Пример	213
7.5.9. Общее о триггерах	213
7.6. Упражнения	216

Глава 8.
Синхронные драйверы	219
8.1. Синтез драйверов (пример 1)	219
8.1.1. Постановка задачи	219
8.1.2. Формирование диаграммы состояний	220
8.1.3. Структура схемы управления электромеханическими устройствами	221
8.1.4. Формирование таблицы последовательности состояний	222
8.1.5. Формирование таблицы запуска и таблицы выходных сигналов	222
8.2. Синтез драйверов (пример 2)	225
8.2.1. Постановка задачи	225
8.2.2. Составление диаграммы состояний	225
8.2.3. Составление таблицы последовательности состояний	226
8.2.4. Разработка логической схемы для запускающих сигналов	226
8.2.5. Полная таблица состояний	227
8.2.6. Полная диаграмма состояний	228
8.2.7. Временные характеристики драйверов	229
8.3. Упражнения	231

Глава 9.
Мультиплексоры и преобразователи кода	234
9.1. Мультиплексор	234
9.1.1. Реализация функций мультиплексора	235
9.2. Преобразователь кода	238
9.2.1. Преобразователь двоично-десятичного кода в десятичный код 7442	239
9.2.2. Демультиплексор	240
9.2.3. Генерирование наборов функций	241
9.3. Аналоговые мультиплексоры и демультиплексоры	243
9.4. Упражнения	244

Глава 10.
Цифровые счётчики	247
10.1. Асинхронный счётчик	247
10.1.1. Двоичный счётчик по модулю 8	247
10.1.2. Счётчик по модулю 6	248
10.1.3. Асинхронный обратный счётчик	249
10.1.4. Временные характеристики асинхронных счётчиков	250
10.2. Синхронные счётчики	251
10.2.1. 4-битовый двоичный счётчик	252
10.2.2. Счётчик по модулю 6 с использованием кода Грея	254
10.2.3. Синхронный 4-битовый реверсивный двоичный счётчик 74191	256
10.3. Упражнения	257

Глава 11.
Сдвиговые регистры	258
11.1. Временные характеристики сдвиговых регистров	259
11.1.1. Сдвиговый регистр 74194	261
11.2. Сдвиговый регистр с обратной связью	262
11.2.1. Счётчик Мёбиуса, счётчик Джонсона	264
11.2.2. Псевдослучайные последовательности	266
11.3. Упражнения	268

Глава 12.
Арифметические устройства	269
12.1. Полный сумматор	269
12.2. Последовательный сумматор	269
12.3. Сумматор с последовательным переносом (ripple-cany-adder)	270
12.4. Сумматор с параллельным переносом	271
12.4.1. Каскадирование сумматоров с параллельным переносом	274
12.4.2. Сравнение сумматоров	275
12.5. Арифметико-логические вычислительные устройства (ALU, АЛУ)	276
12.5.1. Примеры операции	280
12.6. Компараторы	283
12.6.1. 2-битовый компаратор	284
12.6.2. Каскадируемые компараторы	286
12.7. Упражнения	286

Глава 13.
Цифровые ЗУ	288
13.1. Принципиальная структурная схема ЗУ	289
13.2. ROM	289
13.3. PROM	291
13.4. EPROM	292
13.5. EEPROM	294
13.6. EAROM	295
13.7. NOVRAM	295
13.8. RAM	296
13.8.1. Статическое RAM	296
13.8.2. Пример работы RAM	297
13.9. Динамическое RAM	301
13.10. Квазистатическое DRAM	306
13.11. ЗУ «пожарная цепочка»	307
13.11.1. Примеры FIFO	307
13.12. Каскадирование ЗУ	308
13.13. Увеличение длины слов	309
13.14. Увеличение ёмкости ЗУ	309
13.14.1. Полное декодирование	311
13.14.2. Частичное декодирование	312
13.14.3. Линейное декодирование	314
13.15. Упражнения	315

Глава 14.
Программируемые логические блоки	318
14.1. Семейства ASIC	319
14.2. Программируемые логические ИС (PLD)	322
14.2.1. Типы PLD	323
14.3. ROM, EPROM, EEPROM	324
14.4. PLA	326
14.5. PAL	332
14.6. GAL	334
14.7. Программирование логических блоков PLD	337
14.7.1. Тестирование	339
14.8. Программируемые полем вентильные матрицы (FPGA)	339
14.8.1. Структура FPGA	340
14.8.2. Конфигурируемые логические блоки (CLB)	342
14.8.3. IO-блоки	342
14.8.4. Соединительные линии	343
14.8.5. Программирование FPGA	344
14.9. EPLD	345
14.9.1. Пример EPLD:CY7C343	345
14.10. Gate-Arrays	345
14.10.1. Структура канализированных вентильных матриц	346
14.11. ASIC со стандартными ячейками	350
14.12. ASIC на основе полностью заказного проектирования	351
14.13. Упражнения	351

Глава 15.
Принципы построения микропроцессоров	353
15.1. Кооперирующиеся управляющие схемы	353
15.2. Компьютер фон-Неймана	354
15.3. Операционные блоки	355
15.3.1. Архитектура операционных блоков	355
15.3.2. Система шин	357
15.4. Управляющие блоки	358
15.5. Микропрограммирование	360
15.6. Упражнения	362

Глава 16.
Структура, система команд и работа микропроцессора	363
16.1. Структура микропроцессора	363
16.2. Выводы 8085А	366
16.3. Блоки ЗУ и периферийные блоки	369
16.4. Периферийные блоки	370
16.5. Параллельный интерфейс микропроцессора 8255	371
16.6. Процесс выполнения команд	372
16.6.1. Цикл выборки операционного кода (OF)	374
16.6.2. Цикл считывания памяти (MR, memory read)	375
16.6.3. Цикл записи в ЗУ (MW, memory write)	376
16.6.4. Пример выполнения команды	377
16.7. Управление с помощью прерывания (interrupt)	378
16.8. Ассемблерное программирование	380
16.9. Набор команд	380
16.10. Команда перехода	381
16.10.1. Адресация типа «Register»	381
16.10.2. Адресация типа «Register Indirect»	382
16.10.3. Адресация типа «Immediate»	383
16.10.4. Адресация типа «Direct»	383
16.11. Арифметические команды	384
16.12. Логические операции	386
16.13. Установка и стирание флагов переноса (carry flag)	387
16.14. Команды сдвига	387
16.15. Разветвление программ	387
16.15.1. Пример перехода	388
16.16. Команды для подпрограммы	389
16.17. Команды для управления процессором	392
16.18. Ассемблерные команды	394
16.19. Примеры программ	397
16.19.1. Программирование параллельного интерфейса 8255	397
16.19.2. Передача данных в подпрограмму	398
16.20. Упражнения	400

А. Приложение	401
А.1. Индикация функций	401

Решения задач	405
Литература	427
Список технических терминов	428

Книги на ту же тему

Микроэлектронные схемы цифровых устройств. — 4-е изд., перераб. и доп., Букреев И. Н., Горячев В. И., Мансуров Б. М., 2009
Активные фильтры и генераторы: Проектирование и схемотехника с использованием интегрированных микросхем, фон Вангенхайм Л., 2010
Электронные схемы: 1300 примеров, Граф Р., 1989
Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств (без CD), Антипенский Р. В., Фадин А. Г., 2007
Обслуживание микропроцессорных систем, Фергусон Д., Макари Л., Уилльямз П., 1989
Технические средства микропроцессорных систем: Практический курс, Коффрон Д., 1983

elapsed time 0.019 sec

/Наука и Техника

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему