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第1章 计算机设计基础理论1

1.1 信息与信息处理1

1.1.1 信息与媒体1

1.1.2 信息处理与数据2

1.2 限位记数4

1.2.1 限位记数的基本概念4

1.2.2 补码制6

1.2.3 补码和反码的关系7

1.2.4 补码制加法的溢出7

1.2.5 变减法为加法8

1.3 任意进制数9

1.3.1 任意进制数概述9

1.3.2 任意进制数互化10

1.4 二进制数13

1.4.1 二进制数的加减法13

1.4.2 超长二进制数14

1.4.3 二进制数的基数表示法14

1.5 信息编码15

1.5.1 图形文字数值化15

1.5.2 颜色的数值化16

1.5.3 模拟信息的数值化17

1.5.4 ASCII编码18

1.5.5 汉字库与机内码19

1.5.6 外码20

1.6 布尔代数20

1.6.1 布尔代数的概念20

1.6.2 布尔代数的基本运算规则21

1.6.3 异或23

1.7 逻辑电路23

1.7.1 二极管和三极管23

1.7.2 基本逻辑门电路24

1.8 依据表达式做电路26

1.8.1 组合电路26

1.8.2 逻辑电路的画法27

1.9 真值表与逻辑函数28

1.9.1 逻辑真值表28

1.9.2 由真值表求逻辑函数28

1.9.3 变量无关29

1.9.4 加法运算的逻辑表示30

1.9.5 逻辑表达式的化简31

习题一33

第2章 逻辑计算机35

2.1 计算机逻辑结构35

2.1.1 计算机的基本逻辑结构35

2.1.2 指令执行的设想36

2.2 指令执行要件与执行过程37

2.2.1 程序计数器37

2.2.2 指令和数据存储器37

2.2.3 指令分析设备38

2.2.4 指令执行设备38

2.2.5 指令执行控制器38

2.2.6 必要的附属设备38

2.2.7 指令执行一般过程39

2.3 部件关联与信息传输39

2.3.1 并行传输与串行传输39

2.3.2 同步传输和异步传输40

2.3.3 同步总线连接结构40

2.4 计算机的分类41

2.4.1 通用与专用计算机41

2.4.2 计算机的规模41

2.4.3 单处理器计算机与多处理器计算机42

2.4.4 动态计算机43

2.4.5 计算机网络43

习题二44

第3章 EDA设计工具45

3.1 建立工程项目45

3.1.1 启动Quartus II6.45

3.1.2 建立项目46

3.2 设计文件48

3.2.1 原理图设计48

3.2.2 Veriog HDL语言设计51

3.3 原理图转换和程序编辑58

3.4 编译与器件封装60

3.4.1 局部工程编译60

3.4.2 封装成器件放入用户库62

3.5 电路仿真62

3.5.1 建立仿真文件62

3.5.2 仿真设置工具65

3.5.3 功能仿真67

3.5.4 时序仿真68

3.6 工程下载验证69

习题三69

第4章 常用基本器件设计71

4.1 寄存器设计71

4.1.1 寄存器原理图设计71

4.1.2 寄存器工作原理72

4.1.3 寄存器的语言描述72

4.1.4寄存器仿真74

4.2 加减法运算器设计75

4.2.1 加减法单元原理图设计75

4.2.2 加减单元的编码76

4.2.3 多位加减单元的连接77

4.2.4 多位加减单元连接编程78

4.2.5 加减法运算器原理图设计79

4.2.6 加减法运算器程序描述80

4.2.7 加减法运算器仿真81

4.3 同步计数器设计82

4.3.1 设备同步工作82

4.3.2 程序计数器82

4.3.3 通用计数器84

4.4 标志线的设计86

4.4.1 累加器的标志线设计86

4.4.2 数据监测标志设计87

4.5 移位运算器的设计87

4.5.1 原理图设计87

4.5.2 移位运算器程序描述88

4.5.3 移位运算器仿真89

4.6 乘法运算器的设计89

4.6.1 乘法手算形式分析89

4.6.2 乘法阵列原理图设计90

4.6.3 乘法阵列的编码92

4.6.4 有符号数乘法运算器96

4.7 除法运算器设计98

4.7.1 除法手算的形式分析98

4.7.2 减法运算器设计98

4.7.3 除法阵列设计99

4.7.4 除法行单元电路101

4.7.5 正数除法电路设计104

4.7.6 有符号除法运算器设计分析106

4.7.7 对称区间的除法运算器106

4.7.8 实用除法运算器要件107

4.7.9 实用除法运算器整体设计111

4.8 译码器的设计114

4.8.1 译码器电路设计114

4.8.2 译码器的程序描述114

4.8.3 选择与通断控制电路116

4.9 节拍器的设计120

4.9.1 电路设计120

4.9.2 程序描述120

4.9.3 工作原理123

4.10 存储器的设计124

4.10.1 地址译码器设计124

4.10.2 存储单元设计126

4.10.3 256存储单元存储器127

4.10.4 大容量存储器设计129

习题四131

第5章 控制矩阵设计方法133

5.1 控制矩阵设计的基本方法133

5.1.1 在数据库中建表133

5.1.2 生成Verilog HDL程序描述136

5.2 模块描述生成器140

5.2.1 模块描述生成器的安装140

5.2.2 模块描述生成器的使用141

5.2.3 模块描述生成器的设计程序142

习题五147

第6章 计算机设计实例149

6.1 计算机整体设计149

6.1.1 计算机组成结构149

6.1.2 计算机功能设计目标151

6.1.3 确定指令系统151

6.2 器件设计的描述153

6.2.1 译码器153

6.2.2 节拍器153

6.2.3 寄存器与指针155

6.2.4 alu 设计157

6.2.5 存储器的设计159

6.2.6 存储器部件164

6.3 总线结构设计165

6.3.1 连接存储器和运算器165

6.3.2 累加器、计数器连入总线166

6.3.3 操作数寄存器、数据寄存器、输出寄存器连入总线167

6.4 指令系统设计168

6.4.1 指令全程分析168

6.4.2 计算机指令全程表169

6.5 控制器设计174

6.5.1 控制矩阵设计174

6.5.2 组织控制器177

6.6 输入接口设备设计178

6.6.1 缓冲区接口电路178

6.6.2 输入接口解决的问题180

6.6.3 操作系统的设计181

6.6.4 操作系统的发展183

6.7 计算机总体设计183

6.7.1 顶层结构183

6.7.2 输入程序数据控制184

6.8 程序运行仿真185

6.8.1 仿真程序的输入方法185

6.8.2 观察仿真波形186

6.9 工程下载与检测188

6.9.1 时钟设计188

6.9.2 顶层文件与连接驱动程序191

6.9.3 检验程序执行198

习题六203

参考文献206