VHDL數字電路設計教程 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[巴西] 佩德羅尼 著

圖書標籤:

• VHDL
• 數字電路
• FPGA
• Verilog
• 硬件描述語言
• 電子工程
• EDA
• 設計教程
• 可編程邏輯器件
• 數字係統設計

店鋪： 夜語笙簫圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121186721

商品編碼：29643761051

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

基本信息

書名：VHDL數字電路設計教程

定價：35.00元

作者：(巴西)佩德羅尼

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2013-01-01

ISBN：9787121186721

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.241kg

編輯推薦

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內容提要

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自從VHDL在1987年成為IEEE標準之後，就因其在電路模型建立、仿真、綜閤等方麵的強大功能而被廣泛用於復雜數字邏輯電路的設計中。本書共分為三個基本組成部分，首先詳細介紹VHDL語言的背景知識、基本語法結構和VHDL代碼的編寫方法；然後介紹VHDL電路單元庫的結構和使用方法，以及如何將新的設計加入到現有的或自己新建立的單元庫中，以便於進行代碼的分割、共享和重用；後介紹CPLD和FPGA的發展曆史、主流廠商提供的開發環境使用方法。本書在結構組織上有獨特之處，例如將並發描述語句、順序描述語句、數據類型與運算操作符和屬性等獨立成章，使讀者更容易清晰準確地掌握這些重要內容。本書注重設計實踐，給齣瞭大量完整設計實例的電路圖、相關基本概念、電路工作原理以及仿真結果，從而將VHDL語法學習和如何采用它進行電路設計有機地結閤在一起。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《數字邏輯與計算機體係結構：從基礎到實踐》 書籍簡介 本書旨在為讀者構建一個堅實的數字邏輯基礎，並在此基礎上深入探索計算機體係結構的核心概念。從最基本的邏輯門電路到復雜的處理器設計，我們將一步步揭示數字世界的設計哲學與實現原理。這是一條從抽象概念走嚮具體實現的探索之路，適閤對計算機硬件原理、數字係統設計以及底層軟硬件交互感興趣的學生、工程師和技術愛好者。 第一部分：數字邏輯基礎 第一章：二進製世界與邏輯運算 二進製數製與轉換： 深入剖析二進製、十進製、十六進製之間的相互轉換，理解計算機內部數據錶示的根本。我們將從概念齣發，通過大量實例演示，讓讀者熟練掌握不同數製之間的轉換技巧。 邏輯門電路： 介紹與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門、同或門等基本邏輯門的功能、符號和真值錶。通過實例分析，展示這些基本門如何構成更復雜的邏輯功能。 布爾代數與邏輯錶達式： 學習布爾代數的公理、定理和運算規則，如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等。理解如何使用布爾代數對邏輯電路進行簡化和優化，降低電路復雜度和成本。 邏輯函數的化簡： 掌握卡諾圖（Karnaugh Map）化簡法，這是一種直觀且高效的化簡方法，能夠幫助我們快速找到最簡的邏輯錶達式。我們將從二維卡諾圖開始，逐步擴展到三變量、四變量卡諾圖，並討論其在實際應用中的優勢。 組閤邏輯電路分析與設計： 學習如何分析給定的組閤邏輯電路，推導齣其邏輯功能和輸齣錶達式。反之，學習如何根據需求設計齣實現特定功能的組閤邏輯電路，例如編碼器、譯碼器、多路選擇器、數據分配器等。通過實際設計案例，讓讀者理解組閤邏輯電路在數據處理和控製中的作用。 第二章：時序邏輯電路與狀態機 觸發器： 詳細介紹SR觸發器、D觸發器、JK觸發器、T觸發器等基本存儲單元的工作原理、時序圖和狀態轉換。理解觸發器如何實現狀態的存儲，是構建時序邏輯電路的關鍵。 時序邏輯電路分析與設計： 學習如何分析時序邏輯電路的時序圖和狀態轉移圖，理解電路在不同時鍾周期下的行為。反之，學習如何根據需求設計齣具有特定時序行為的電路，如計數器、移位寄存器等。 有限狀態機（FSM）： 深入講解Mealy型和Moore型有限狀態機的區彆與聯係。學習如何構建狀態轉移圖和狀態錶，將抽象的狀態機模型轉化為具體的硬件電路。通過實例，如交通燈控製器、序列檢測器等，展示FSM在復雜控製邏輯設計中的強大能力。 同步與異步邏輯： 區分同步時序邏輯和異步時序邏輯的特點、優缺點以及應用場景。重點分析時鍾信號的作用，以及如何避免競爭冒險等問題，確保電路的穩定可靠運行。 第三章：常用數字集成電路與係統應用 編碼器與譯碼器： 詳細介紹各種編碼器（如優先編碼器）和譯碼器（如BCD碼轉七段顯示譯碼器）的功能和電路結構。分析它們在地址解碼、數據選擇和顯示控製等方麵的應用。 多路選擇器與數據分配器： 講解多路選擇器（MUX）如何根據選擇信號從多個輸入中選擇一個輸齣，以及數據分配器（DEMUX）如何將一個輸入分發到多個輸齣。分析它們在數據通路切換、信號路由等方麵的作用。 加法器與減法器： 學習全加器、半加器等基本算術電路的設計。介紹如何構成並行加法器、串行加法器，以及如何利用加法器實現減法運算（如采用二進製補碼）。 存儲器： 介紹各種存儲器的工作原理，包括RAM（靜態RAM和動態RAM）、ROM（PROM、EPROM、EEPROM）等。理解存儲器的尋址方式、讀寫操作以及在計算機係統中的作用。 邏輯係列與選擇： 討論TTL、CMOS等不同邏輯係列的特點、性能指標和選型考量。 第二部分：計算機體係結構基礎 第四章：計算機係統概述 計算機係統組成： 介紹計算機係統的基本組成部分，包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸齣設備（I/O）以及它們之間的連接總綫。 指令集體係結構（ISA）： 理解指令集是CPU與軟件之間的接口，介紹不同ISA的特點，如RISC（精簡指令集計算機）和CISC（復雜指令集計算機）。 存儲器層次結構： 講解CPU寄存器、緩存（Cache）、主存儲器（RAM）和二級存儲器（硬盤）之間的層次關係，以及緩存如何通過局部性原理提高數據訪問速度。 總綫係統： 介紹數據總綫、地址總綫和控製總綫的概念，以及總綫在CPU、存儲器和I/O設備之間傳輸信息的作用。 第五章：中央處理器（CPU）的設計與工作原理 CPU的組成： 詳細介紹CPU的三個核心部件：算術邏輯單元（ALU）、控製器和寄存器組。 指令的執行周期： 深入剖析CPU執行指令的四個基本階段：取指令（Fetch）、指令譯碼（Decode）、執行（Execute）和寫迴（Write-back）。 精簡指令集計算機（RISC）與復雜指令集計算機（CISC）的對比： 詳細分析兩種指令集架構的設計理念、指令格式、尋址方式和性能特點。 流水綫技術： 講解流水綫技術如何通過將指令執行過程分解為多個階段，並在不同階段並行處理多條指令，從而提高CPU的吞吐量。我們將分析理想流水綫的加速比，以及實際應用中可能遇到的衝突（如結構衝突、數據衝突、控製衝突）。 超標量與亂序執行： 介紹更高級的CPU性能增強技術，如超標量處理器如何通過多條指令處理單元並行執行多條指令，以及亂序執行如何突破指令依賴性限製，進一步提高執行效率。 第六章：存儲器係統與I/O接口 存儲器分類與接口： 深入探討RAM（SRAM, DRAM）和ROM（Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash）的內部結構、讀寫時序和接口設計。 高速緩存（Cache）設計： 講解緩存的工作原理，包括塊、行、索引、標記等概念。介紹直接映射、組相聯映射和全相聯映射等緩存映射策略，以及寫迴法（Write-back）和寫通法（Write-through）等寫策略。 虛擬存儲器： 解釋虛擬存儲器的概念，以及它如何通過地址映射和頁錶機製，讓程序訪問比物理內存更大的地址空間。 輸入/輸齣（I/O）接口： 介紹I/O設備與CPU之間的通信方式，包括程序控製I/O、中斷驅動I/O和直接存儲器訪問（DMA）。 DMA控製器： 詳細講解DMA控製器如何允許I/O設備直接與主存儲器進行數據傳輸，而無需CPU介入，從而大大提高I/O效率。 第七章：現代計算機體係結構特徵 多核處理器： 介紹多核處理器的齣現及其帶來的並行計算優勢，以及多核處理器之間的通信與同步機製。 指令級並行（ILP）與綫程級並行（TLP）： 討論CPU如何通過ILP技術（如超流水綫、超標量）在單個處理器核心內實現並行，以及TLP技術（如多核、超綫程）如何實現多個綫程在多個核心上的並行。 存儲器一緻性模型： 介紹不同存儲器一緻性模型（如順序一緻性、鬆弛一緻性）如何規範多處理器係統中共享數據的訪問順序，確保程序的正確性。 GPU（圖形處理器）與異構計算： 探討GPU在並行計算領域的獨特優勢，以及異構計算（CPU與GPU等不同處理器協同工作）的趨勢。 計算機體係結構的發展趨勢： 展望未來計算機體係結構可能的發展方嚮，如功耗優化、新的計算範式（如量子計算、神經形態計算）等。 實踐與展望 本書在講解理論知識的同時，注重將理論與實際相結閤。通過大量的圖示、錶格和流程圖，幫助讀者直觀理解抽象概念。每一章節都配有相關的思考題和練習題，旨在鞏固所學知識，並引導讀者進行獨立思考和問題解決。 掌握本書內容，讀者將能夠： 深入理解數字電路的基本原理和設計方法。 構建和分析復雜的組閤邏輯和時序邏輯電路。 理解計算機體係結構的核心組件及其工作機製。 分析CPU的指令執行流程、流水綫技術和性能優化策略。 理解存儲器係統、緩存機製和I/O接口的設計。 把握現代計算機體係結構的關鍵特徵和發展趨勢。 本書適閤作為大學本科計算機科學、電子工程、自動化等專業的相關課程教材或參考書，也可作為有誌於深入瞭解計算機底層工作原理的工程師和技術愛好者的自學讀物。通過對本書的學習，您將能夠以更深入的視角審視現代計算設備的復雜性，並為進一步的硬件設計或係統優化打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，說實話，更像是在跟一位經驗豐富的資深工程師在交流工作心得，而不是單純地啃一本冰冷的教材。它的語言風格非常務實，摒棄瞭許多過於學術化的修飾，直奔主題，這對於我這種希望盡快上手實踐的讀者來說，簡直太友好瞭。特彆是在涉及到時序約束（Timing Constraints）和時鍾域交叉（CDC）處理的那幾章，作者沒有使用過於抽象的數學公式去解釋建立時間和保持時間，而是通過圖示和具體的代碼實例，清晰地展示瞭如果不做恰當的同步處理，亞穩態是如何産生的以及如何使用同步器來規避風險。我記得書中關於異步復位和同步復位的討論，清晰地指齣瞭在不同工藝節點和設計風格下，哪種復位策略更具優勢。這種帶著“過來人”視角的深度分析，極大地提升瞭我在實際設計中對時序敏感度的判斷力。當然，如果能配上一個更詳盡的、針對特定開發闆（如某款 Xilinx 或 Intel 的 FPGA）的實物例程，那就更加完美瞭，但僅就語言描述和邏輯設計的深度而言，它已經超越瞭我的期待。

評分☆☆☆☆☆

我發現很多 VHDL 教材的通病在於，它們往往把重點放在 VHDL 語言本身的“句法糖”上，比如各種數據類型、運算符的細枝末節，而忽略瞭硬件設計的核心——並發性（Concurrency）。這本書則成功地逆轉瞭這種趨勢。它從一開始就強調 VHDL 代碼是並行執行的描述，而不是像 C 語言那樣的順序執行。在講解 `signal` 和 `variable` 的區彆時，作者不僅僅停留在賦值操作符的不同上，而是深入解釋瞭它們在仿真和綜閤後對應到硬件資源（寄存器、連綫）上的本質差異。這對於理解時序邏輯的正確建立至關重要。更讓我驚喜的是，書中對於抽象層次的把握非常到位，它既能深入到寄存器傳輸級（RTL）的精細控製，也能提供係統級組件（如簡單的總綫仲裁器）的高層抽象描述。雖然書中沒有涉及高級綜閤（HLS）的內容，但它所建立的紮實 RTL 基礎，足以讓讀者在未來轉嚮 HLS 時，依然能清楚地理解底層硬件的實際映射，從而寫齣更高效的源語言代碼。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖錶設計也值得稱贊，這在技術書籍中往往是被忽視的環節。在講解復雜的組閤邏輯或狀態轉移圖時，圖示清晰明瞭，配色適中，不會讓人産生視覺疲勞。更重要的是，作者在代碼示例的選擇上非常考究，每一個小段落的 VHDL 代碼塊都像是一個經過精心打磨的微型設計案例，它們獨立性強，易於復製和修改用於快速驗證。我尤其喜歡它在最後一部分對“設計優化”的討論，它沒有給齣萬能公式，而是提供瞭一套係統性的檢查清單和思路框架，例如如何通過流水綫（Pipelining）提高吞吐量，或者如何通過資源共享來降低麵積。這本書的價值在於它提供瞭一種思考的範式，教會讀者在麵對一個設計需求時，如何從硬件資源的角度齣發，反嚮推導齣最閤適的 VHDL 描述方式。它不是一本可以讓你“快速入門”的書，而是一本能讓你“紮實精進”的工具書，對於那些渴望真正掌握數字係統設計的學習者來說，是本不可多得的良品。

評分☆☆☆☆☆

說實話，初次翻閱這本書時，我有些擔心它會陷入那種過度追求“全景覆蓋”而導緻內容浮於錶麵的陷阱。畢竟 VHDL 的標準和庫函數浩如煙海，想在一本教程裏講透幾乎不可能。然而，這本書的作者顯然對內容取捨有著精準的把握。它聚焦於那些在實際項目——無論是簡單的計數器、狀態機，還是更復雜的 FIFO 緩存器——中齣現頻率最高的模塊和設計模式。我印象最深的是它對有限狀態機（FSM）的描述部分，作者沒有滿足於教科書式的 Moore/Mealy 模型解釋，而是直接展示瞭如何利用 VHDL 的 `case` 語句配閤 `process` 來實現一個健壯且易於調試的 FSM，並且深入探討瞭狀態編碼對速度和邏輯資源的影響，這一點至關重要。此外，書中對測試平颱（Testbench）的構建也給予瞭足夠的重視，它展示瞭如何編寫自檢的代碼來驗證設計的正確性，這在現代設計流程中是不可或缺的一環。雖然書中的某些高級應用，例如係統級建模（SystemC 接口或高級綜閤）略顯不足，但對於打牢“基礎且實用”的 VHDL 功底而言，這本書無疑是頂尖的選擇，它提供瞭一個極其堅實的起點，讓你有能力去探索更復雜的領域。

評分☆☆☆☆☆

這本號稱“硬核”的數字電路設計教材，拿到手裏著實讓我眼前一亮，雖然我更偏嚮於軟件實現，但麵對那些復雜的時序邏輯和狀態機設計，還是得迴歸到硬件描述語言的根基上來。我對這本書的整體印象是結構清晰，脈絡分明，它並沒有一上來就堆砌晦澀難懂的語法細節，而是巧妙地從最基礎的邏輯門和布爾代數講起，循序漸進地引導讀者進入 VHDL 的世界。特彆是它在介紹結構化建模和行為級建模的對比時，用瞭非常生動且貼近實際工程應用的例子，這遠比那些純理論的教科書要來得實在。我個人特彆欣賞其中關於“如何編寫可綜閤的代碼”這一章節的深度剖析，裏麵詳述瞭哪些寫法在仿真時看起來完美無缺，但一旦綜閤到 FPGA 資源上就會産生意想不到的性能瓶頸或資源浪費。這種實戰經驗的分享，對於一個剛接觸硬件設計流程的新手來說，簡直是如獲至寶。它不僅僅是教你“如何寫 VHDL”，更是在教你“如何像一個閤格的數字電路工程師那樣思考”。我發現，即便是對我這種已經接觸過 Verilog 基礎的人來說，重新梳理 VHDL 的並發和順序結構下的時序控製，也加深瞭我對硬件並行特性的理解。