第1章数字电路引言
第1章 数字技术概论
与设计相对较容易。 3）大批量生产，成本低廉 数字电路结构简单，体积小，通用性强，容易制造，便于集成化生产，因而成本低 廉。 4）可编程性 现代数字系统的设计，大多采用可编程逻辑器件，即厂家生产的一种半成品芯片。 用户根据需要利用硬件描述语言(Hardware Description Language，简称 HDL)在计算机上 完成电路设计和仿真，并写入芯片，这给用户研制开发产品带来了极大的方便和灵活性。 5）高速度，低功耗 随着集成电路工艺的发展，数字器件的工作速度越来越高，而功耗越来越低。集成 电路中单管的开关速度可以做到小于 1011 s。整体器件中，信号从输入到输出的传输时问 小于 2 109 s 。百万门以上超大规模集成芯片的功耗，可以低达毫瓦级。 由于具有这些优点，数字电路在众多领域取代模拟电路。可以肯定，这一趋势将会 继续发展下去。 4．数字电路的设计方法 数字系统的设计方法可分为两大类，即自下而上的设计方法和自上而下的设计方法。 自下而上的设计方法是一种经验法。设计者根据自己的经验将规模大、功能复杂的数字 系统按逻辑功能划分成若干模块，再划分成若干子模块，如此分割下去，一直分到这些 子模块可以用经典的方法和标准的逻辑功能部件进行设计，最后将整个系统进行安装、 调试，达到设计要求。 现在大量生产和广泛使用的逻辑功能部件很多，如数据选择器、译码器、计数器、 寄存器等，因此对于一些规模不大、功能不太复杂的数字系统，可以直接选用中、大规 模集成器件，采用经验法进行设计。这种方法具有设计过程简单、电路调试方便等优点， 目前仍被设计者使用。经验法不是盲目的，通常按下列具体步骤进行。 1）分析系统设计要求，确定系统总体方案 设计题目通常是比较简单的文字叙述，没有细节说明，设计者必须对题目消化、理 解，逐步明确并抽象出系统要完成的逻辑功能。 2）划分逻辑单元，确定初始结构，建立总体逻辑图 逻辑单元的划分可以采用由粗到细的方法，先将系统分为处理单元和控制单元，再 按处理任务或控制功能逐一划分。 3）选择逻辑功能部件，构成电路 将划分的逻辑单元进一步分解成若干相对独立的模块， 以便直接选用标准 SSI、 MSI、 LSI 器件实现。
数字电子技术基础电子教案
该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。
权是一个幂。如：（26）10=2×101+6×100 二、几种常用的数制
１.十进制：
（1）数码：0～9；基数是 10。
（2）进位规律：逢十进一，即：9＋1＝10。
最低位号 加权系数
（3）权展开式：N10 或 D＝an-1
×10n-1＋an-2×10n-2＋…＋a-m×10-m
◆掌握逻辑代数的基本定律和常用规则。
(重、难点)
◆掌握逻辑函数的代数法和卡诺图法化简。 1.1 概述 电信号（变化的电压或电流）分二类：模拟信号、
(重、难点)
数字信号。
电子电路（含半导体元件的电路）按输入信号不同分二类：模拟电路
（弱电）
数字电路。
1.1.1 数字信号与数字电路 一、模拟信号与模拟电路
1.非十进制→十进制方法：将数码按权展开，得出其相加的结果便为对应的
十进制数。例如：①(1001.01)2=1×23+1×20+1×2-2=(9.25)10②(32.7)8=3×81+2
× 80+7 × 8-1=(26.875)10
③ (ED.3)16=14 × 161+13 × 160+3 ×
16-1=(237.1875)10
（3）权展开式：N8＝an-1 ×8n-1＋an-2×8n-2＋…＋a-m×8-m =
ai 8i
im
例如：(207.04)8＝ 2×82 ＋0×81＋7×80＋0×8-1＋4 ×8-2＝(135.0625)10
各数位的权是8的幂
4．十六进制： （1）数码： 0～9、A～F；基数是 16。 （2）进位规律：逢十六进一，即： F＋1＝10 。
计算机组成原理黑皮书笔记
计算机组成原理黑皮书笔记计算机组成原理是计算机科学与技术专业的核心课程之一，是理解计算机硬件工作原理和体系结构的基础。
黑皮书系列是该领域最经典、权威的教材之一，对于学习和理解计算机组成原理具有重要的参考价值。
第一章：引言计算机组成原理是研究计算机硬件系统的基本原理和方法，是计算机科学与技术的核心领域。
它是从硬件角度探讨计算机的结构、功能、性能和工作方式等问题，为软件开发提供了重要的指导。
黑皮书笔记旨在帮助读者深入理解计算机组成原理的核心概念和原则，以及其中涉及的各种技术和工程实践。
第二章：数字逻辑电路数字逻辑电路是计算机硬件的基础组成部分，负责完成数据的存储、传输、处理和控制。
其中包括布尔逻辑、数字信号和逻辑门电路等内容。
通过学习这一章节，我们能够了解到计算机中各种数字组件的工作原理和相互连接方式。
第三章：指令系统与汇编语言指令系统与汇编语言是计算机中实现软件和硬件交互的桥梁。
指令系统规定了计算机能够执行的指令集合，而汇编语言是一种底层的程序设计语言，用于编写与硬件直接交互的程序。
本章节将介绍指令系统的设计原则和汇编语言的基本语法。
第四章：中央处理器中央处理器（CPU）是计算机的核心组件，负责执行指令、进行数据处理和控制系统的运行。
在这一章节中，我们将深入了解CPU的组成结构和工作原理，包括指令周期、流水线技术、缓存等重要概念。
第五章：存储器和存储系统存储器是计算机中用于存储数据和程序的设备，包括主存储器和辅助存储器。
本章将介绍存储器的层次结构、存储技术和存储系统的设计原则，帮助读者理解计算机内存的组织和管理方式。
第六章：输入输出系统输入输出系统是计算机与外部设备进行信息交互的通道，包括输入设备和输出设备。
本章将介绍输入输出系统的工作原理、接口标准和通信方式，帮助读者理解计算机与外设之间的数据传输和控制方式。
第七章：计算机总线计算机总线是各个硬件组件之间进行数据传输和控制的纽带。
本章将介绍总线的类型、结构和工作原理，以及总线的性能和扩展技术。
数字电路cell-概述说明以及解释
数字电路cell-概述说明以及解释1.引言1.1 概述数字电路是现代电子技术中的一个重要领域，其主要研究数字信号的处理、传输和存储等技术。
数字电路由基本逻辑门组成，通过逻辑门之间的连接与组合，可以实现各种复杂的数字运算和逻辑运算。
随着现代科技的不断发展，数字电路的应用范围越来越广泛。
无论是计算机、通信设备还是其他电子设备，几乎都依赖于数字电路的运算和控制功能。
数字电路的发展也促进了信息技术的快速进步，使得信息的处理、传输和存储更加高效和可靠。
本文将从数字电路的基本概念入手，介绍数字电路的起源和发展，探讨数字电路在现代科技中的重要地位。
同时，还将详细介绍数字电路的设计原理、逻辑门的功能和应用，以及数字电路与其他电子元件的联合运用等内容。
通过阅读本文，读者将对数字电路的基本知识有一个全面的了解，并了解数字电路在电子技术领域的重要性和应用前景。
本文旨在提供给读者一个全面的数字电路知识体系，并帮助读者更好地理解和应用数字电路技术。
希望通过本文的介绍和讨论，能够引起读者对数字电路的兴趣，进而增强对电子技术的探索和学习热情。
同时，也希望本文能够为相关领域的学习和研究提供一定的参考和指导。
1.2文章结构文章结构的设置有助于读者更好地理解和阅读文章，同时也可以使文章的逻辑性更强。
本文的结构包括三个大部分：引言、正文和结论。
引言部分主要包括三个方面的内容。
首先，在引言的概述部分，我们可以简要介绍一下数字电路cell的概念和作用，激发读者的兴趣。
然后，在文章结构的介绍中，我们可以说明本文的章节安排和文章的整体框架，使读者对整篇文章有一个清晰的认识。
最后，在引言的目的部分，我们可以明确说明本文的写作目的，例如是为了介绍数字电路cell的原理和应用，传达相关知识。
正文部分是文章的核心，是对数字电路cell的介绍和解释。
在背景介绍部分，我们可以简要介绍数字电路cell的历史背景、发展过程以及应用情况，为读者提供一个整体的认识。
数字电子1
N1 =(01100101)补
N2=(10011011)补
注：补码减法运算可以用加法来实现
例：有两个数 N1 =+1011000，N2=－0100110 计算N1 -N2的值 解： N1 -N2＝ N1 ＋(-N2) = N1补 ＋(-N2)补 ＝01011000＋11011010 用竖式表示： 01011000 ＋ 11011010 自然丢失 100110010 N1 -N2＝＋0110010
格雷码求法
某二进制数为 其对应的格雷码为
Bn1Bn2 B2 B1B0 Gn1Gn2 G2G1G0
异或运算：
其中：最高位保留—— 其他各位——
Gn1 Bn1
相同为0
相异为1
Gi Bi 1 Bi
0
i=0，1，2，…，n-2
1
例：二进制数为 1
1
0
格雷码为 1
1
1
0
1
例：二进制数为 1
0
1
1
格雷码为
1
1
1
0
例：二进制数为 1
1
0
0
格雷码为
1
0
1
0
1.4 逻辑代数基本知识
1.4.1 基本逻辑运算 1.4.2 复合逻辑运算 1.4.3 逻辑代数的定律 1.4.4 逻辑函数的标准形式 1.4.5 逻辑函数的化简 1.4.6 逻辑函数的表示方法及其转换
N2=(10011010)反
3. 补码 用补码表示带符号数时，正数的表示方法与 原码相同；如果是负数，最高位仍为符号位1，其余 各位把原数值按位取反再加1。 如有两个带符号数N1 =+1100101和N2=－1100101用 原码表示为： N1 =(01100101)原 N1 =(01100101)反 N2=(11100101)原 N2=(10011010)反
[精品]数字集成电路分析与设计教学大纲.doc
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数字集成电路分析与设计一、课程基本情况课程编号40260103开课单位微纳电子学系课程名称中文名称数字集成电路分析与设计英文名称Digital Integrated Circuit Analysis and Design教学目的与重点教学目的：1）让学生掌握数字集成电路的工作原理与分析方法2）让学生掌握数字集成电路与系统的设计流程和基本方法3）培养学生实际设计数字集成电路与系统的能力教学重点：1） CMOS反相器的特性，数字集成电路分析与设计的关键问题2）组合逻辑链的性能优化3）互连线的延时模型与分析4）同步时序电路的分析和设计5）数据通路运算单元的分析与设计6）存储器的工作原理的理解与分析课程负责人刘雷波吴行军课程类型□文化素质课□公共基础课□学科基础课□专业基础课■专业课□其它教学方式■讲授为主□实验/实践为主□专题讨论为主□案例教学为主□自学为主□其它授课语言■中文口中文+英文（英文授课＞50%）□英文□其他外语学分学时学分 3 总学时48考核方式及成绩评定标准作业：15%,课程设计：15%,期中考试（闭卷）：30%,期末考试（闭卷）：40%教材及主要参考书中文外文教材数字集成电路一电路、系统与设计（第二版）,JanM.Rabaey等著，周润德等译，电子工业出版社。
Jan M. Rabaey etc. “Digital Integrated Circuits , A Design Perspective (Second Edition)", Prentice Hall , 2003.主要参考书CMOS数字集成电路一分析与设计（第3版）,Sung-Mo Kang等著，王志功等译，清华大学出版社（影Sung-Mo Kang, Yusuf Leblebici,"CMOS Digital IntegratedCircuits-Analysis and Design(ThirdEdition)".三、课程主要教学内容9.4高级互连技术9. 5综述9.6总结第10章存储器（6学时）（教材第12章）10.1分类10.2结构10.3内核--- 存储单元和阵列10.4外围电路10.5可靠性10.6总结。
1-引言
微电子技术
封装好的集成电路
12
几个概念
微电子技术
微电子学 Microelectronics 微电子学： 半导体：Semiconductor
材料种类；内涵及外延均与微电子类似。 一类元器件的统称，该类器件广泛应用于电子信息产业，几乎所有 的电子产品均由集成电路装配而成。 没有封装的集成电路 但通常也与集成电路混用 作为集成电路的 没有封装的集成电路，但通常也与集成电路混用，作为集成电路的 又一个名称 未加工或已加工成千上百个芯片的大圆硅片。或者称晶片、衬底。 集成度指每块集成电路芯片中包含的元器件的数目 是衡量集成电 集成度指每块集成电路芯片中包含的元器件的数目，是衡量集成电 路发展水平的一个重要指标。 集成电路中半导体器件的 最小尺度。如MOSFET的最小沟道长度或 双极晶体管中的最小基区宽度。 13
工作速度快
优点
驱动能力强 能耗较大 集成度低
缺点
双极集成电路主要应用在电压、电流和功率放大等方面
21
微电子技术
金属-氧化物-半导体场效应（MOSFET OS ）晶体管结构
栅氧化物 层
利用 利用半导体表面电场感应产生的导电沟道 半导体表面电场感应产生的导电沟道工作；只有一种载流子参与导电 工作；只有一种载流子参与导电， ， 又称单极晶体管 又称 单极晶体管。 单极晶体管 。 优点： 优点：功耗小 功耗小， ，集成度高， 集成度高 ， 抗干扰能力强 抗干扰能力强等 等 。 MOS特别是 CMOS集成电 22 路是当前集成电路的主流。 路是当前集成电路的主流 。
集成电路IC（Integrated Circuit） ：
芯片：chip
晶圆：wafer
数字电路的应用
数字电路的应用范围
计算机硬件
通信系统
数字电路是计算机硬件的重要组成部分， 包括CPU、内存、硬盘等都离不开数字电 路。
数字电路在通信系统中发挥着重要作用， 如光纤通信、移动通信、卫星通信等都需 要数字电路进行信号处理和传输。
控制设备
数字信号处理
数字电路在各种控制设备中也有广泛应用 ，如智能仪表、工业自动化设备等都离不 开数字电路的支持。
寄存器
移位寄存器
可以存储二进制数据，并可以将数据向左或向右移动。
计数器
用于计数输入脉冲的个数，常用于定时器和分频器。
译码器
二进制译码器
有n个输入端和2^n个输出端，每个输出端对应一个输入的二进制码组合。
显示译码器
用于将二进制数转换为七段数码管显示的数字。
03
数字电路的应用实例
计算机硬件
中央处理器（CPU）
数字电路在数字信号处理领域也有广泛应 用，如音频、图像、视频等信号的处理都 离不开数字电路。
02
数字电路的基本组成
逻D门
实现逻辑与操作，当所有输入 都为高电平时，输出为高电平
。
OR门
实现逻辑或操作，当至少一个 输入为高电平时，输出为高电
平。
NOT门
实现逻辑非操作，对输入信号 进行反转。
04
数字电路的发展趋势
集成电路的发展
01
集成电路是数字电路发展的基础 ，随着微电子技术的不断进步， 集成电路的集成度越来越高，功 能越来越强大。
02
集成电路的发展推动了数字电路 的微型化和高效化，使得数字电 路在便携式设备、智能家居等领 域得到广泛应用。
高速数字电路的发展
随着数据传输速率的不断提高，高速 数字电路在通信、计算机等领域的应 用越来越广泛。
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输入A 高 高 低 低
输入B 高 低 低 高
输出 高 低 低 低
10/32
数字逻辑电路的发展历史
20世纪40年代，宾夕法尼亚大学，第一部电子数字计算机 （Eniac），采用真空管 使用了17468个真空管 占地457平米 重30吨 耗电160KW 每秒可以完成5000次+，或 385次*，或40次/，或3次开方 运算 开始用来计算导弹的弹道，后 也用于天气预测、原子能计算 等
Digital design Principles and Practices, John F. Wakerly,
China Machine Press 数字电子技术基础,阎石,第四版,高等教育出版社
课程网站
/~sunwq/dcweb/
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课程评估
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逻辑电路的逻辑方程描述
Z = S’ A + S B
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25/32
已封装的逻辑功能模块描述
26/32
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逻辑电路的硬件描述语言表示
VHDL语言描述
ABEL语言描述
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逻辑电路的分析和表示方法
晶体管级电路图 逻辑框图 真值表 逻辑方程 已封装的功能模块 高级描述语言 …
第1章数字电路引言
关于这门课…
课本
Digital Fundamentals, Thomas L. Floyd, 7th Edition,
Prentice Hall
参考书
Digital Logic Applications and Design, John M. Yarbrough,
3th Edition, China Machine Press
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数字和数字电路
模拟和数字 数字逻辑的本质：将物理量实际值的无穷集映射到两个
子集，对应于2个可能的数或者逻辑值：0和1
开/关，是/否，有/无，高/低… 更加复杂的状态能否用0和1来表示？
电路中如何得到“0”和“1” 数字电路：以”0”和”1”为输入和输出的电路
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数字逻辑电路的发展历史
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数字逻辑电路的发展历史
20世纪50年代（1947年），双极型晶体管（BJT）出现；
•60年代，TTL逻辑出现
TTL: Transistor-Transistor Logic
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数字逻辑电路的发展历史
20世纪60年代，集成电路（Integrated Circuit：
IC）出现
得到8位数的商需要30秒
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数字逻辑电路的发展历史
20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数 运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）
得到8位数的商需要30秒
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数字逻辑电路的发展历史
20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数 运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）
作业提交
每周四第二节课上课前 迟交的作业以50%计分
考试和成绩评定 (~20%+80%)
20%
作业 课堂表现和设计作业 期中考试（视情况而定）
80%
期末考试（闭卷，英语）
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第一章 引言
孙卫强
内容提要
数字逻辑的发展历史 基本的逻辑运算 逻辑电路的分析和表示方法
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逻辑电路的表示方法
晶体管级电路图 >>>
逻辑框图 >>>
复用器
真值表 >>>
A
逻辑表达式（方程） >>>
B
Z
已封装的功能模块 >>>
S
硬件描述语言 >>>
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逻辑电路的晶体管级电路图
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逻辑电路的逻辑框图表示
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逻辑电路的真值表表示
小规模集成电路SSI 中规模集成电路MSI
平板照相技术 (photolithography)
低功耗，高密度
大规模集成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ路LSI
稳定可靠
超大规模集成电路VLSI…
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数字逻辑电路的发展历史
20世纪60年代(1960)，MOSFET出现；
MOSFET: Metal-oxide Semiconductor Field Effect Transistor
从20世纪80年代开始，MOS电路开始逐步取代由BJT构成 的TTL电路，现在CMOS占领了世界IC市场的绝大部分
CMOS: Complementary MOS
2000年Pentium-4：42,000,000 个晶体管！
More readings:/physics/educational/transistor/function/index.html
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数字逻辑电路的发展的关键词
继电器逻辑（20世纪30年代） 真空管、Eniac（20世纪40年代） BJT，MOS晶体管（20世纪50年代） 集成电路（20世纪60年代） CMOS（20世纪60年代）
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内容提要
数字逻辑的发展历史 基本的逻辑运算 逻辑电路的分析和表示方法
20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数 运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）
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数字逻辑电路的发展历史
20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数 运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）
Z = S’ ·A + S ·B
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本课程主要涉及的内容
数制和编码 布尔代数 布尔函数的化简 门电路和基本的电气特性 组合逻辑设计和分析 时序逻辑设计和分析 半导体存储器和可编程逻辑器件
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数字逻辑-基本的逻辑运算
最基本的逻辑运算
与(AND)
或(OR)
非(NOT)
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更加复杂的逻辑运算
与非NAND
或非NOR
•异或(XOR) •同或(NXOR)
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逻辑运算符(逻辑门)的另一种表示
中国国家标准
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内容提要
数字逻辑的发展历史 基本的逻辑运算 逻辑电路的分析和表示方法