数字系统设计与PLD应用复习资料

数字系统设计与PLD应用复习资料

第一章

1.名词解释（P1）

EDA：电子设计自动化

SSI：小规模集成电路

MSI：中规模集成电路

LSI：大规模集成电路

VLSI：超大规模集成电路

ASIC：专用集成电路

PLD：可编程逻辑器件

2.区分数字系统和逻辑功能部件的重要标志（P1）：有没有控制部件

3.数字系统设计人员从事的工作可以分为三种（P2）：

1)选用通用集成电路芯片构成系统

2)应用可编程逻辑器件实现数字系统

3)设计专用集成电路（单片系统）

4.数字系统的基本模型（P3～P5）

1)数字系统动态模型

采用传统的数字电路描述方法建立的系统模型称为数字系统的动态模型。具体地说，用状态转换图、状态转换表、状态方程组、输出方程组、时序图、真值表、卡诺图等描述工具可以建立数字系统的动态模型。

2)数字系统的算法模型

设计数字系统的传统方法是建立在系统动态模型的基础上的，即用真值表、卡诺图、状态转换图、状态转换表、时序图、状态方程和输出函数方程建来建立系统模型。

系统的算法模型两大特征：

1>含有若干子运算，这些子运算实现对欲处理数据或信息的传输、存储或加工处理

2>具有相应的控制序列，控制子运算按一定的规律有序地进行

5.数字系统的基本结构（P8）

工作过程：控制单元根据外部输入控制信号及反映数据处理单元当前工作状况的反馈应答信号，发出对数据处理单元的控制序列信号；在此控制信号的作用下，数据处理单元对待处理的输入数据进行分解、组合、传输、存储和变换，产生相应的输出数据信号，并向控制单元送去反馈应答信号，用于表明它当前的工作状态和处理数据的结果。控制单元在收到反馈应答信号后，再决定发出新的控制信号，使数据处理单元进行新一轮的数据处理。控制单元和数据处理单元密切配合、协调工作，称为一个实现预定功能的有机整体。

6. 数字系统设计的基本步骤（P10）

1) 系统逻辑功能的确定 2) 系统的描述 3) 算法的设计 4) 电路结构选择 5) 电路的实现 7. 数字系统设计方法

1) 自上而下的设计方法（P15）

自上而下的设计过程表现为由高一级（或最高层次）描述变换成最低一级（或最低层次）描述的过程。

2) 自下而上的设计方法（P16）

根据用户要求，对现有的器件或较小的系统或相似的系统加以修改、扩大或相互连接，直到构成满足用户要求的新系统为止。它是一种多层次的设计方法，从现成的数字器件或子系统开始的。

数据处理单元

控制单元

待处理输入数据

外部输入控制信号

控制序列信号

反馈应答信号

处理后输出数据

外部输出控制信号

数据流

控制流

数字系统基本结构

系统级 系统设计 功能级 逻辑设计

器件级

8. 利用DSP 串口通信设计电路（P19）

第二章

1. 算法推导的主要考虑因素（P29）

1) 逻辑指标。这是数字系统最后总要的指标，表达系统应完成的逻辑功能 2) 非逻辑指标。系指逻辑功能以外的其他非逻辑约束因素 2. 硬件结构对算法推导的影响（P30）

1) 采用不同规模、不同性质的器件时，将有不同的算法设计对策 2) 系统算法设计与软件算法设计的区别

3. 算法设计的方法：跟踪法、归纳法、划分法、解析法、综合法（P30）

4. 三种常用的算法结构：顺序算法结构、并行算法结构、流水线算法结构（P42）

5. 三种算法的执行时间计算（P42～P46）：

1) 顺序算法结构执行时间

假设待处理数据是单个数据D ，它完成算法流程需要经历l 段，每段平均时间是∆，则所需要的运行时间为

τ=l ∙∆

如果含有n 个元素的数据流，则总的运算时间为

T S =n ∙τ=n ∙l ∙∆

2) 并行算法结构执行时间

如果待处理数据是单个元素D i ，l′是并行算法流程经历的段数，则运行时间

τ=l′∙∆

如果含有n 个元素的数据流输入，则总的运算时间为

T P =n ∙τ=n ∙l′∙∆

例：计算R 个数据排队电路采用顺序结构算法和并行结构算法的运行时间。假设顺

序结构中每个D i 与一个RAM(j)比较且存放需经历ℎ段，每段平均时间∆。 解：根据顺序算法结构的含义，可得到输入一个D i 的最长运行时间为：

T s1=R ∙ℎ∙∆=l ∙∆ (l =R ∙ℎ)

输入R 个数据元素总的运行时间为：

T SR =R ∙R ∙ℎ∙∆=R ∙l ∙∆

根据并行结构算法的特点，输入R 个数据元素的总的运行时间为：

系统 （高级别）

…

子系统

子系统

…

A B C

D

低级别

T PR =R ∙ℎ∙∆=R ∙l′∙∆ (l′=ℎ)

3) 流水线算法结构运行时间

若系统输入数据流的待处理数据元素为m 个，每一元素运算有l 段，每段经历时间为∆，则流水线算法结构运行时间：

T =l ∙∆+(m −1)∆

例：某系统待处理结构元素为100个，每个元素需进行16段运算，且每段所需运算时间为0.2us ，求顺序算法结构和流水线算法结构运行时间。

顺序算法：T S =100×16×0.2=320(μs)

流水线算法：T =16×0.2+(100−1)×0.2=23(μs)

6.

实现系统的途径及特点（P47）

1) 用市售标准的SSI 、MSI 、和LSI 构成（最经典，为国内广大设计者采用）

2) 以微机为核心、辅以必要的辅助器件，在固化于存储器内的软件控制下实现系统的

功能。（价格便宜，实现方便，适用于运行速度要求不高的场合） 3) 将整个系统配置在一片或数片PLD 芯片内。（低廉、运行速度高，体积小、易于修

改设计）

4) 研制相应的ASIC ，构成单片系统。（是系统设计师面临的新技术和新挑战，将得到

越来越多应用）

7.

器件选择考虑因素（P47） 1) 满足逻辑约束的要求 2) 易于控制

3) 满足非逻辑约束的要求

1> 性能因素：运行速度、可靠性、可测试性

2> 物理因素：包括尺寸、重量、功耗、散热、安装和抗震等方面 3> 经济因素：设计成本、制造成本、维护成本和运行成本等 8.

数据处理单元逻辑电路图（P51）

9. 系统控制方式：实质是控制系统中数据处理单元以预定时序进行工作。包括集中控制、分散控制、半集中控制 10.

控制器的基本结构（P55）

输入信号：外部对系统的输入和数据处理单元所产生的条件反馈信息 输出信号：有对数据处理单元的控制信号和对外部的输出

11. 系统同步（P56）：

1) 控制器与外部输入信号之间的同步，即异步输入信号的同步化

组合逻辑网络

状态寄存器

外部输入 输出信号（对外部）

当前状态信息

控制器

控制器的基本结构

控制信号（对数据处理单元）

CP

此状态信息 条件反馈信息

…

…

…