电子科技大学 姜书艳 数字逻辑4-3
电子科技大学CPU设计：《单周期CPU的设计与实现》-实验指导书
电子科技大学计算机科学与工程学院单周期CPU的设计与实现实验指导书[计算机组成原理实验]张建2013-12-13目录前言 (1)1.1 实验内容 (2)1.2实验要求 (2)2. 实验环境 (3)2．1 硬件平台 (3)2．2 软件平台 (3)2．3 实验主要仪器设备连接框图 (4)3. 实验原理 (5)3．1 概述 (5)3．2 单周期CPU的总体电路 (5)3．3 MIPS指令格式 (6)3．4 数据路径设计 (7)3．4．1 下一条指令地址的选择 (7)3．4．2 ALU的输入端 (8)3．4．3寄存器堆的输入端 (8)4. 基本功能部件的设计与实现 (10)4．1 32位2选1选择器的设计与实现 (10)4．2 32位4选1选择器的设计与实现 (18)4．3 5位2选1选择器的设计与实现 (19)4．4 带有异步清零的32位D触发器的设计与实现 (19)4．5 移位器的设计 (20)4．6 32位加/减法器的设计与实现 (20)5．运算器（ALU）的设计与实现 (21)6．寄存器堆（Register File）的设计与实现 (24)7．控制器（Control Unit）的设计与实现 (27)8. CPU的封装 (30)9. 测试 (32)9．1 指令存储器及测试程序 (32)9．2 数据存储器及测试数据 (33)9．3 仿真测试 (33)9．4 下载到开发板验证 (35)附件： (39)BTN_Anti_Jitter模块 (39)Hex7seg_decode模块 (39)前言《计算机组成原理》是计算机科学专业的一门重要专业基础课。
在该课程中的理论学习中系统地阐述了计算机各组成部件的工作原理、逻辑实现和设计方法及将各部件连接成整机的方法，计算机硬件与底层软件的接口，培养了学生对计算机硬件系统的分析、开发与设计的基本技能能力。
本实验开设的目的是让学生通过设计一个单周期的CPU，加深对计算机各组成部件功能的理解和掌握，更好地理解计算机的基本工作原理，培养和锻炼学生掌握计算机硬件设计的基本方法和技能。
电子科大 数字电路 最好老师的课件第一章
Flip-flops（触发器）： （触发器）：
—— A device that stores either 0 or 1 (一种能存储 0 或 1 的器件 一种能存储 的器件) P7 Figure 1-1
12
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用 数字逻辑设计及应用) 数字逻辑设计及应用
5
3次 次 3次 次 11次 次 2次 次 11次 次 1次 次 1次 次
引言， 引言，数制与编码 数字电路器件基础 组合电路分析与设计 Verilog语言 语言 时序电路分析与设计 存储器和可编程器件 DAC和ADC 和
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 数字逻辑设计及应用)
1.2 Analog versus Digital 模拟与数字) (模拟与数字) Digital Circuits over Analog Ones (数字系统及其优越性)
Reproducibility of Results [结果再现性（稳定可靠、精度更高）] 结果再现性（ 结果再现性 稳定可靠、精度更高） Ease of design, Flexibility, and Functionality (易于设计，灵活性和功能性 易于设计， 易于设计 灵活性和功能性) Programmability [可编程性（HDL 硬件描述语言）] 可编程性（ 硬件描述语言） 可编程性 Speed, Economy, and Steadily Advancing Technology (快速、经济性、稳步发展的技术 快速、 快速 经济性、稳步发展的技术)
2
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 数字逻辑设计及应用) 课程安排： 学时 课程安排：64学时 教材： 教材： 数字设计—原理与实践 原理与实践（ 数字设计 原理与实践（第4版 影印版） 版 影印版） John F. Wakerly 高等教育出版社 2007 参考书： 参考书： 1.数字逻辑设计及应用 姜书艳主编， 1.数字逻辑设计及应用，姜书艳主编，清华大学出版 数字逻辑设计及应用， 社，2007 2. 数字电子技术基础 （第5版），阎石主编，高等教 阎石主编， 版），阎石主编 育出版社， 育出版社，2007 3. 数字设计 原理与实践（第4版）， 数字设计—原理与实践 原理与实践（ 版），John F. Wakerly， ， 林生 等译，机械工业出版社，2007 等译，机械工业出版社， 4. 数字电路与系统 （第2版），刘宝琴等编著，清华大学 刘宝琴等编著， 版），刘宝琴等编著 出版社，2007 出版社， 5. 数字电路逻辑设计（第3版），王毓银主编，高等教育 数字电路逻辑设计（ 王毓银主编， 版），王毓银主编 出版社， 出版社，2006
姜书艳数字逻辑设计及应用17
Two Types (逻辑电路分为两大类)： Combinational Logic Circuit
（组合逻辑电路） Sequential Logic Circuit （时序逻辑电路）
3
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
锁存器清0：Qn+1=0 QLn+1=1
QL 1
即使S,R无效（=0） 锁存器仍能锁定0态
a. 原态：Qn=0，QLn=1
1
新态：Qn+1=0，QLn+1=1 R
b. 原态：Qn=1，QLn=0
10
新态：Qn+1=0，QLn+1=1
Q
14
Q_L
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
Metastable Behavior (亚稳态特性)
Apply a definite Pulse Width from a Stable
state to the Other.
(从一个“稳态”转换到另一个“稳态” 需加一定宽度的脉冲（足够的驱动）)
—— The Basic Building Blocks of most Sequential Circuits.
(大多数时序电路的基本构件)
Flip-Flops（ F/F,触发器）
只在时钟信号的有效边沿改变其输出状态
17
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
电子科技大学考研经验分享
电子科技大学考研经验分享实在很抱歉现在才来反馈论坛。
一直很忙也忘性大，望谅解。
说一下考研836的几点经验，希望能有所作用!首先是课本+资料。
1.数电：《数字电路逻辑设计》王毓银(或者其他高教版清华版的均可)+历年真题(这个是重点!)2.信号：《信号与系统》何子述(重点!)(或者奥本海姆的那本)+《信号与系统复习考研例题详解》(张明友)(可以打印的，新浪共享上有)+历年真题3.政治：肖秀荣的试卷(启航的貌似可以。
任汝芬的是水货，大家别买。
)+新东方网络课堂(可以很多人一起报一个冲刺班，280左右吧，可以反复听，里面有任汝芬讲的吧，请不要听，啰啰嗦嗦，免得浪费时间)。
大家就听听其他老师将的，然后打印那些新东方的讲义再做做肖秀荣的题(我只做了一套)，基本上就可以了。
4.英语：新东方历年真题+英语长难句结构分析(第二版)(杨雄)5.数学：自己刻苦学习。
对于政治和英语，由于我准备时间很短，所以就只有用很快很少的书来解决，都是60多分吧。
政治看看怎么答题就可以了，英语必须做题背题中单词。
还有一点，这个论坛中少数人用心极具险恶!常常夸大考研难度。
我可以跟大家说一点，只要过了学校线，即使考不上也可以调剂电科或者空天或者能源或。
电子科大是最好考的!二本三本一大堆。
对于电工，最好大家报信号吧，这个感觉有项目，电路方向项目少。
调剂到电科空天能源我觉得也非常好，那里就是天天做项目，比电工电路强多了，做的东西可能还多，所以，都一样。
专硕学硕，如果大家不直博，都一样!一个团队，无论你报什么老师，都一样。
希望大家放心了吧。
最后时刻不要担心，不要相信论坛上那些打击你自信的人，鄙视之!分数高只能说得奖学金多，没啥子，进来了都一样。
所以过校线即使刚刚够抓紧调剂就可以了。
复试之前也没必要找老师，分数高才是硬道理。
什么邮件都是浮云(只是对电路这边来说，因为其他的我不了解)。
大哥就帮你们到这里了，加油!凯程教育张老师整理了几个节约时间的准则：一是要早做决定，趁早备考;二是要有计划，按计划前进;三是要跟时间赛跑，争分夺秒。
数字逻辑设计及应用课程教学大纲
《数字逻辑设计及应用》课程教学大纲课程编号：53000540适用专业：电子信息、电气工程、自动控制及其他应用数字技术的相关专业学时数：64 学分数：4 开课学期：第4学期先修课程：《大学物理》、《软件技术基础》、《电路分析基础》、《模拟电路基础》执笔者：姜书艳编写日期：2011.9 审核人（教学副院长）：一、课程性质和目标授课对象：全日制大学本科二年级课程类别：学科基础课教学目标（本课程对实现培养目标的作用；学生通过学习该课程后，在思想、知识、能力和素质等方面应达到的目标）：“数字逻辑设计及应用”课程是信息技术类专业所共有的一门重要学科基础课程，同时也是一门重要工程技术课程，是研究数字系统硬件设计的入门课程。
在本课程中，将介绍数字逻辑电路的分析设计方法和基本的系统设计思想；培养同学综合运用知识分析解决问题的能力和在工程性设计方面的基本素养。
通过实验和课外上机实验的方式，使同学深入了解和掌握数字逻辑电路的分析设计方法和电路的运用过程。
通过本课程的学习，使学生掌握数字逻辑电路的基本理论、基本分析和设计方法，为学习后续课程准备必要的数字电路知识。
本课程在培养学生严肃认真的科学作风和逻辑思维能力、分析设计能力、归纳总结能力等方面起重要作用。
二、课程内容安排和要求（一）教学内容、要求及教学方法1. 课堂理论教学（64学时）第一章引论（2学时）了解：数字电路的发展及其在信息技术领域中的地位；数字信号与模拟信号之间的关系及数字信号的特点；数字系统输入输出特性及其逻辑特点，数字逻辑电路的主要内容。
第二章信息的数字表达（4学时）掌握：十进制、二进制、八进制和十六进制数的表示方法以及它们之间的相互转换、二进制数的运算；符号数的表达：符号-数值码（Signed-Magnitude System、原码），二进制补码(two's complement，补码)、二进制反码（ones' complement, 反码）表示以及它们之间的相互转换；符号数的运算；溢出的概念。
电子科技大学自动化学院研究生复试大纲
自动化工程学院复试考试大纲更新时间：2012/9/27 点击数：2585微机原理及数字电路复试考试大纲（闭卷）（200分）（推免生复试总分100分，微机原理和数字电路各占50%）对象：报考自动化工程学院080400仪器科学与技术、081100控制科学与工程、085203仪器仪表工程、085210控制工程的学生《微机原理及应用》（100分）一．参考书目：《微处理器系统结构及嵌入式系统设计（第二版）》李广军电子工业出版社《微机系统原理与接口技术》李广军电子科技大学出版社二．本大纲适合专业本大纲适用于自动化、仪器与测量技术等各类工科电子类非计算机专业。
三．内容要求1．概述要求内容：计算机发展历程，集成电路与SoC设计，先进的处理器技术，信息在计算机中的表示方法。
指令、程序的概念以及程序的执行过程。
嵌入式系统的概念、特点、组成、发展现状与趋势。
2．计算机系统的结构组成与工作原理要求内容：计算机系统的基本结构与组成，计算机系统的工作原理，微处理器体系结构的改进，计算机主要性能评测指标。
3．微处理器体系结构及关键技术要求内容：微处理器体系结构，处理器设计技术，指令系统设计，流水线技术，典型微处理体系结构。
4．总线技术与总线标准要求内容：总线技术概述、总线仲裁、总线操作与时序，总线标准（片内AMBA总线、PCI系统总线、异步串行通信总线。
5．存储器系统要求内容：存储器件的分类，半导体存储器的基本结构与性能指标；存储系统的层次结构，主存储器设计技术（存储器地址分配原则；译码电路设计方法；存储器接口设计设计；存储器系统设计方法）。
6．输入输出接口要求内容：输入/输出接口基础（接口和端口的概念，输入/输出接口功能与结构，端口的编址方法，端口地址的分配原则）；接口地址译码；接口信息传输方式；并行接口，串行接口，定时/计数接口、AD/DA 接口的结构特点及设计要点7．ARM微处理器编程模型要求内容：ARM 内核体系结构，ARM 编程模型（处理器工作状态、处理器运行模式、寄存器组织、数据类型和储存格式、异常）。
电子科技大学计算机科学与工程学院班秋季学期教材
课程名称
教材名称
出版社名称
编〔著〕者
版次〔日期〕
单价
数量
领书签字
1
分布式并行计算
An Introduction to Parallel Computing〔并行程序设计导论英文版〕
机械工业出版社
Peter S.Pacheco
第1版，2021-11-01 9787111358282
2
嵌入式系统及应用
15
学术标准与论文写作
〔素质公选课〕
学术研究:你的成功之道.
清华大学出版社
凌晓峰,杨强
2021,版次第1次9787302304319
大面积课
毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论
班长签字：：学院教务科确认〔章〕：
说明：1、本表一经填报，班长签字后，即成为学生班与教材发行中心之间的合同。
2、本表由大2、大3、大4年级学生〔大1除外〕，以班为单位填报；未定购教材学生自行负责。
凌晓峰,杨强
2021,版次第1次9787302304319
班长签字：：学院教务科确认〔章〕：
说明：1、本表一经填报，班长签字后，即成为学生班与教材发行中心之间的合同。
2、本表由大2、大3、大4年级学生〔大1除外〕，以班为单位填报；未定购教材学生自行负责。
3、执行折扣为：按学校教材统一招标折扣执行。马列两课教程、胶印自编教材不打折，按进价销售。
嵌入式系统及应用
电子工业出版社
罗蕾、李允
2021年第一版
978-7-121-28220-1
3
人机交互
人机交互根底教程
清华大学出版社
孟祥旭、李学庆、杨承磊、王璐
第3版，
2021.03.01 9787302427452
姜书艳 数字逻辑设计及应用
Equations
1 Circuits
2
4
6
3
5
Truth table
c' F = c'(h+p)
h+p
24
24
.
Converting among Representations
More common conversions
Truth table to equation (which we can then convert to circuit)
.
Review of 4.1 Switching Algebra (开关代数内容回顾)
4、 n-Variable Theorems (n变量定理)
Generalized Idempotency
(广义同一律)
X+X+…+X=X
Shannon’s Expansion TheF o(rX e1m,X Xs2·, X ,·X …n)· X = X
AB F
(负逻辑)： F = A+B
Negative-Logic Convention
AB F
LL L
LH L
HL L
5
HH H
00 0 01 0 10 0 11 1
11 1
10 1
01 1
00 0
.
Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
补充：逻辑函数及其表示方法
commonly used
11
11
.
2.5
Boolean Algebra
Boolean algebra precedence, highest precedence first.
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Karnaugh map and minimal logic design
How to make a minimal circuit ?
F XYZ 1,5,7 x' y' z xy' z xyz
figure 4-11 12 13
How to make a minimal one ?
Karnaugh map
2D Figure for truth table
Properties of Karnaugh map
The coordinates are ordered in Gray codes;
Minimal product
F ' A'B B D' A'C 'D
A B' B' D A C D'
F A'B 'B D'' A'C 'D '
Prime implicant: a maxim imply; Complete sum: sum of all the prime implicant; Distinguished 1-cell: only in one prime implicant; Essential prime implicant :with distinguished 1-cell in it.
Each cell differs from its neighbors in only one variable!
Standard logic equation and their Karnaugh map
Minterm list Maxterm list
F A, B,C 1,2,3,6
F x' y' z xy' z xyz y' z xyz F y' xyz y' x z
How to make a minimal circuit ?
One logic function may have many equivalent equations and circuit
Each set must be maximal !
(Any 1s can be reused in the process !)
Minimal sum
Step ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ :Make rectangular sets of 1s
Minimal sum
Step 2 :write minimal sum from sets of 1s Write each set as a product; for 2i-set,the product have (ni )variables! Sum all these products.
F A, B,C 0,4,5,6
Logic equations and their Karnaugh map
Sum of product Product of sum
F A, B, C A'C' B C
F A, B, C A C B C
Minimal sum
Get a minimal product-sum equation
Step 1 :Make rectangular sets of 1s Cover all the 1s in the Kanaugh maps; The cell-numbers in any sets must be 2i ; The number of sets must be minimal !
Same logic with different forms
Properties of neighbor cells
F m 2 m6 A'B C ' A B C B C'
F m2 m6 m3 m7 B C ' B C B
Can be minimized by karnaugh map
Minimal product Get a minimal sum-product equation
Step 1
get minimal sum for inverse function
Step 2
use DeMorgen’s theorem to get minimal
product of the function
Minimal sum
F B C ' A'C
F A C ' B'C
Minimal sum
F B 'D ' A D B 'D
Minimal sum
Minimal sum
Some concept
Imply :a rectangular set of 1s;