Содержание книги

Ниже кратко изложено содержание одиннадцати глав этой книги. Это может на­помнить вам тот раздел руководства по программному обеспечению, который обычно носит название: «Для тех, кто терпеть не может читать инструкции и наставления». Возможно, что после того, как вы ознакомитесь с этим перечнем, вам не нужно будет читать все остальное в этой книге.

•            В главе 1 приводится несколько исходных определений и формулируются ос­новные правила, согласно которым в этой книге принимаются решения о том, что считается важным, а что - нет.

•            Глава 2 является введением в двоичную систему чисел и двоичные коды. Читателю, уже знакомому с двоичной системой чисел по курсам программирования, все же стоит прочесть параграфы 2.10-2.13, чтобы получить представление о том, какую роль двоичные коды играют в аппаратуре. Для подготовленных студентов хорошим введением в коды, исправляющие ошибки, будут параграфы 2.14 и 2.15. Всем следует прочесть раздел 2.16.1; этот материал используется в примерах проектирования цифровых уст­ройств в главе 8.

•            В главе 3 — по принципу «Вот все, что вы хотели бы знать об этом» - рассмат­ривается работа цифровых схем, причем главный упор делается на внешние электрические характеристики логических элементов. Исходными являются такие основные понятия электроники, как напряжение, ток и закон Ома; те, кому этот материал не знаком, могут при желании обратиться к упомянутому выше учебному пособию Электрические цепи в кратком изложении. Если вам не интересно, как именно функционируют реальные схемы, или вы можете позволить себе роскошь поручить грязную работу кому-то другому, то эту главу можно пропустить.

•            Глава 4 посвящена принципам проектирования комбинационных логических схем и содержит алгебру переключений, а также анализ, синтез и минимиза­цию комбинационных схем. В конце этой главы появляются начальные све­дения о языках ABEL и VHDL.

•            Глава 5 начинается с обсуждения стандартов для документации на цифровые системы, что, возможно, является самым важным для честолюбивых проекти­ровщиков, когда они только приступают к практической работе. Затем в этой главе читатель знакомится с программируемыми логическими устройствами (ПЛУ; programmable logic devices, PLDs), причем здесь его внимание оказыва­ется сосредоточенным на возможности реализации с помощью таких устройств комбинационных логических функций. Остальная часть этой главы посвяще­на часто используемым комбинационным логическим функциям и их приме­нениям. Для каждой из этих функций описаны стандартные интегральные схе­мы (ИС) средней степени интеграции, программы на языке ABEL, позволяющие реализовать эти функции с помощью ПЛУ, и модели на языке VHDL. Глава 6 представляет собой коллекцию примеров конструирования более слож­ных комбинационных устройств. В каждом из примеров показано, как можно реализовать данное устройство на основе ИС средней степени интеграции (в тех случаях, когда это имеет смысл), описать его на языке ABEL, имея в виду реализацию с помощью ПЛУ, или на языке VHDL, когда намечено примене­ние кристаллов CPLD или FPGA.

•            Глава 7 знакомит с принципами проектирования последовательностных логи­ческих схем, начиная с защелок и триггеров. В этой главе упор сделан на анализ и расчет тактируемых синхронных конечных автоматов. Для смелых и отважных эта глава содержит введение в теорию схем классического об­разца (fundamental mode circuits), а также анализ и расчет последовательнос­тных схем с обратной связью. Заканчивается глава параграфами, в которых речь идет о возможностях, предоставляемых языками ABEL и VHDL при проектировании последовательностных схем.

•            Глава 8 целиком посвящена практическим аспектам проектирования последо­вательностных схем. Как и ранее в главе 5, внимание читателя в этой главе сосредоточено на часто используемых функциях и приведены примеры при­менения ИС средней степени интеграции, языка ABEL при реализации в ПЛУ и языка VHDL. В параграфах 8.8 и 8.9 обсуждаются неизбежные препят­ствия на пути создания идеального, абсолютно синхронного устройства, и здесь читатель лицом к лицу сталкивается с важной проблемой: как жить синхронно в асинхронном мире?

•            Глава 9 является собранием примеров проектирования конечных автоматов и более сложных последовательностных схем. В каждом примере показано, как решить задачу, составляя программу на языке ABEL при реализации в ПЛУ или на языке VHDL, когда имеется в виду использование кристаллов CPLD или FPGA.

•            Глава 10 служит введением в запоминающие устройства и программируемые матричные интегральные схемы типа CPLD и FPGA. Материал, посвященный устройствам электронной памяти, охватывает ПЗУ и статические и динами­ческие ОЗУ, включая их внутреннюю структуру и функциональное описание. Последние два параграфа знакомят с архитектурой кристаллов CPLD и FPGA. • В главе 11 рассмотрено несколько вопросов смешанного характера, относя­щихся к практической реализации цифровых проектов и представляющих интерес для разработчиков. Когда я начинал писать эту книгу и думал, что ее объем составит 300 страниц, эта глава была включена в план для того, чтобы «раздуть» основной материал до более впечатляющих размеров. Теперь оче­видно, что книга и без того получилась довольно объемной, но то, что вошло в эту главу, все равно полезно.

В большинстве глав имеются ссылки на литературу, упражнения и задачи. Упражнения, как правило, предусматривают быстрый ответ, который можно не­посредственно найти в изложенном материале; часто вопрос просто бывает за­дан другими словами. Задачи могут потребовать чуть большего усилия мысли. Особенно много упражнений в главе 3, и их назначение состоит в том, чтобы облегчить учащемуся, не специализирующемуся в области электроники, посте­пенно освоить этот материал.