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Fondamentaux de la conception logique (2e édition)



Recommandation de l'éditeur

Exemples Plusieurs exemples simples qui aident à rendre le concept clair et facile à comprendre sont examinés de près dans chaque chapitre.

La carte de Karnaugh peut être utilisée de manière flexible pour aider les étudiants à comprendre les principes de base de l'algèbre de commutation.

Il existe de nombreux exercices dans chaque chapitre d'exercices, qui sont marqués par des barres de couleur. Les réponses à certains exercices se trouvent à l'annexe B.

Exemples de résolution de problèmes C'est une autre caractéristique de ce livre. Un grand nombre d'exemples de résolution de problèmes à la fin de chaque chapitre permettent aux étudiants de voir comment les concepts sont appliqués pour résoudre des problèmes pratiques.

La section « Quiz de chapitre » du quiz de fin de chapitre est utilisée pour aider les étudiants à évaluer s'ils maîtrisent le contenu clé de ce chapitre. Voir l'annexe C pour les réponses aux questions du test.

La conception avec des puces de circuits intégrés standard à petite et moyenne échelle et des dispositifs logiques programmables est l'une des principales caractéristiques de ce livre.

L'auteur du système de chronométrage donne également une méthode de conception unique pour le système de chronométrage.

introduction

La conception logique est le fondement théorique de l'informatique, du génie informatique et du génie électrique. L'apprentissage de la conception logique nécessite trois maillons : connaissances théoriques, exercices et expérimentations. Par conséquent, tout en mettant l'accent sur les connaissances de base, ce livre combine un grand nombre d'exemples à enseigner, et donne un grand nombre d'exemples de questions, et comprend également un grand nombre d'exercices et de questions de test pour chaque chapitre. De plus, 4 plateformes expérimentales et 26 expérimentations sont agencées pour lier étroitement théorie et pratique.

Ce livre est un manuel destiné aux étudiants qui se spécialisent en informatique, en génie électrique, en communications et en électronique pour apprendre la conception logique.

Catalogue de livres

Chapitre 1 Introduction 1

Un bref aperçu du système de numération 1.1 2

1.1.1 nombres octaux et seize nombre de base 5

1.1.2 Addition binaire 7

1.1.3 Numéro signé 9

1.1.4 Soustraction binaire 12

1.1.5 Code à deux décimales (BCD) 13

1.1.6 Autres codes 15

1.2 Le processus de conception du système combiné 17

1.3 Conditions non pertinentes 19

1.4 colonne de la table de vérité 20

1.5 laboratoire 23

1.6 exemple de résolution de problèmes 24

1.7 exercice 33

1.8 Quiz 36 dans ce chapitre

Chapitre 2 Algèbre de commutation et circuit logique 38

2.1 Définition de Switch Algèbre 38

2.2 Propriétés de base de Switch Algèbre 41

2.3 Traitement des fonctions algébriques 43

2.4 Réaliser des fonctions logiques avec des portes ET, des portes OU et des portes NON 47

2.5 Des tables de vérité aux expressions algébriques Formule 51

2.6 Carte préliminaire de Karnaugh 54

2.7 Fonction inverse et OU 60

2.8 Porte NAND, porte NOR et porte XOR 63

2.9 Simplification de l'expression algébrique 68

2.10 Traitement de la fonction algébrique et réalisation de la porte NAND 74

2.11 Algèbre booléenne plus générale 80

2.12 Exemples de résolution de problèmes 82

2.13 Exercice 99

2.14 Quiz 105 dans ce chapitre

Chapitre 3 Carte de Karnaugh 108

< p>3.1 Utilisez la carte de Karnaugh pour résoudre l'expression ET OU la plus simple 111

3.1.1 Méthode de carte de Karnaugh 1111

3.1.2 Méthode de carte de Karnaugh 2117

< p>3.2 éléments non pertinents 122

Carte de Karnaugh 3124

3.3 ou et formule 125

3.4 La mise en œuvre du circuit la plus économique 128

< p>3.5 Carte de Karnaugh à cinq et six variables 130

3.6 Problèmes de sorties multiples 136

3.7 Exemples de résolution de problèmes 145

3.8 Exercices 166

3.9 Quiz 170 dans ce chapitre

Chapitre 4 L'algorithme simplifié de la fonction 174

4.1 Méthode Quinn McCluskey pour le problème de sortie unique 174

4.2 Méthode de consensus itérative pour les problèmes à sortie unique 177

4.3 Tableau des implications qualitatives pour les problèmes à sortie unique 180

4.4 Méthode de Quinn McCluskey pour les problèmes à sorties multiples 187

4.5 Méthode de consensus itérative pour les problèmes de sortie multiples 190

4.6 L'essence des problèmes de sortie multiples Tableau avec les éléments 192

4.7 Exemples de résolution de problèmes 196

4.8 Exercices 214

4.9 Questions de test dans ce chapitre 215

Le chapitre 5 est plus grand Système logique combinatoire à grande échelle 216

5.1 Retard dans le circuit logique combinatoire 216

5.2 Additionneur et autres circuits d'opération arithmétique 218

5.2.1 Additionneur 218

5.2.2 Soustracteur et additionneur/soustracteur 221

5.2.3 Comparateur 221

5.3 Décodeur 222

5.4 codeur et codeur prioritaire 227

5.5 sélecteur de données 228

5.6 porte à trois états 230

5.7 gate array-ROM, PLA et PAL231

5.7.1 Conception avec mémoire morte 234

5.7.2 Conception avec matrice logique programmable 235

5.7.3 Utiliser un réseau programmable Conception logique 237

5.8 Exemples de circuits à plus grande échelle239

5.8.1 Affichage à sept segments (premier exemple principal) 240

5.8. 2 Système de codage des erreurs 246

5.9 Exemples de résolution de problèmes 248

5.10 Exercices 275

5.11 Questions de test dans ce chapitre 284

Chapitre 6 Analyse du système de chronométrage 288

6.1 Table d'état et diagramme d'état 289

6.2 Loquets et bascules 291

6.3 Analyse du système de chronométrage 298

6.4 Exemples de résolution de problèmes 305

6.5 Exercices 314

6.6 Quiz 320 dans ce chapitre

Chapitre 7 Conception du système de chronométrage 322

< p>7.1 Méthode de conception de la bascule 326

7.2 Conception du compteur synchrone338

7.3 Conception du compteur asynchrone347

7.4 Générer une table d'état et un diagramme d'état 350

7.5 Exemples de résolution de problèmes 361

7.6 Exercices 375

7.7 Quiz 381 dans ce chapitre

Chapitre 8 Résolution de séries chronologiques à plus grande échelle Question 383

8.1 Registre à décalage 383

8.2 Compteur 387

8.3 Dispositif logique programmable (PLD)392

ASM pour 8.4 Figure pour la conception 396

8.5 codage unique 399

8.6 langage de conception matérielle 399

8.7 exemples plus complexes 402

8.8 solution Exemple Question 407

8.9 Exercice 413

8.10 Questions de test 416 dans ce chapitre

Chapitre 9 Simplification du circuit séquentiel 418

9.1 Méthode de liste pour la simplification des états 419

9.2 Méthode de segmentation 426

9.2.1 La nature de la segmentation 429

< p>9.2.2 Trouver la segmentation SP 429

9.3 Utiliser la méthode de segmentation pour simplifier l'état 432

9.4 Attribution de l'État 437

9.5 Exemples de résolution de problèmes 443

p>

9.6 Exercice 456

9.7 Quiz 460 dans ce chapitre

Annexe A Expérience de laboratoire 462

A.1 Laboratoire de logique matérielle 462

p>

A.2WinBreadboardTM et MacBreadboardTM465

A.3LogicWorks4 Introduction 466

A.4 AlteraMax+plusⅡ Introduction 470

A.5 Un ensemble de conceptions logiques Expérience 472

A.5.1 Expérience 473 basée sur le contenu du chapitre 2

A.5.2 Expérience 474 basée sur le contenu du chapitre 5

A.5.3 Basé sur le contenu du chapitre 5 Expérience 476 basée sur le contenu du chapitre 6

A.5.4 Expérience 478 basée sur le contenu du chapitre 7

A.5.5 Expérience 478 basée sur le contenu du chapitre 8

A .6 La disposition de la puce mentionnée dans le texte de ce livre et l'expérience 479

Annexe B Partie 484 Réponses aux exercices

Annexe C Réponses à chaque chapitre 506

< p>Tableau de comparaison terminologique chinois et anglais 517

Avant-propos du livre

Fondamentaux de la conception logique (2e édition) Exemples des caractéristiques de ce livre Exemples des caractéristiques de ce livre Au cours de la rédaction de ce livre, tenez compte des besoins des élèves du monde entier. Il met l'accent sur les bases et l'enseignement à travers des exemples. L'auteur pense que la meilleure façon d'apprendre la conception logique est d'étudier et de résoudre un grand nombre de problèmes de conception et de donner aux étudiants la possibilité de s'exercer. Les fonctionnalités suivantes sont juste pour atteindre l'objectif de se concentrer sur les étudiants.

? Exemples Plusieurs exemples simples qui aident à rendre le concept clair et facile à comprendre sont examinés de près dans chaque chapitre.

? La carte de Karnaugh utilise de manière flexible la carte de Karnaugh pour aider les étudiants à comprendre les principes de base de l'algèbre de commutation.

? Il y a beaucoup d'exercices dans chaque chapitre des exercices, qui sont marqués par des barres colorées. Les réponses à certains exercices se trouvent à l'annexe B.

? Exemples de résolution de problèmes C'est une autre caractéristique de ce livre. Un grand nombre d'exemples de résolution de problèmes à la fin de chaque chapitre permettent aux étudiants de voir comment les concepts sont appliqués pour résoudre des problèmes pratiques.

? La section « Quiz de chapitre » du quiz de fin de chapitre est utilisée pour aider les étudiants à évaluer s'ils maîtrisent le contenu clé de ce chapitre. Voir l'annexe C pour les réponses aux questions du test.

? La conception avec des puces de circuits intégrés standard à petite et moyenne échelle et des dispositifs logiques programmables est l'une des principales caractéristiques de ce livre.

? L'auteur du système de chronométrage donne également une méthode de conception unique pour le système de chronométrage.

? Les quatre types d'expériences de laboratoire en laboratoire combinent organiquement le circuit réel et la théorie. Les étudiants peuvent tirer pleinement parti des expériences matérielles pratiques traditionnelles ; utiliser la carte analogique du système Windows ou la carte analogique de l'ordinateur Apple ; Utilisez l'un des deux programmes de conception de circuits populaires, LogicWorks ou 4Altera Max+plusⅡ pour effectuer des travaux de simulation en laboratoire.

? Problèmes de sorties multiples Ce livre présente une variété de méthodes pour résoudre des problèmes de sorties multiples en utilisant la carte de Karnaugh, la méthode de Quinn McCluskey et la méthode de consensus itérative. Fondements de la conception logique (2e édition) Préface du traducteur Préface du traducteur "Les principes fondamentaux de la conception logique" est un cours de base technique important pour les étudiants se spécialisant en informatique, en génie électrique, en communications et en électronique. De nombreux cours professionnels dans ces majors doivent être appliqués aux connaissances enseignées dans ce cours. Par conséquent, bien apprendre ce cours est une exigence de base pour les étudiants dans chacune des majeures ci-dessus. Pour bien apprendre ce cours, vous devez maîtriser trois maillons, à savoir : la théorie, les exercices et les expérimentations. Afin d'aider les étudiants chinois à bien apprendre ce cours, Tsinghua University Press a présenté les "Basics of Logic Design" (2e édition) édités par le professeur Alan B. Marcovitz de la Florida Atlantic University. Le livre saisit fermement ces liens pédagogiques et accorde une attention égale à la théorie et à la pratique. C'est un manuel très particulier. Ce livre expose de manière complète et systématique le contenu de base de la conception logique, en particulier l'analyse systématique et les méthodes de conception. Le traducteur estime que les caractéristiques de ce manuel se reflètent dans les aspects suivants.

1. Expliquez le contenu de manière simple

L'enseignement des questions commence toujours par donner au lecteur un concept global approximatif. Par exemple, le chapitre 1 présente le processus de conception logique combinatoire, afin que les lecteurs aient une compréhension préliminaire de la conception logique et que les étudiants ne se sentent pas perdus dans l'apprentissage du contenu suivant. Ensuite, présentez les théories, les outils et les méthodes nécessaires à chaque étape du processus de conception logique, puis à la conception de l'ensemble du système. Du moins profond au plus profond, de l'individuel au général, développez progressivement le contenu plus tard, jusqu'à ce que le problème soit introduit de manière très approfondie. Ces caractéristiques ne sont pas seulement mises en évidence dans le contenu de l'ensemble du livre, mais aussi dans l'introduction de certaines méthodes. Par exemple, dans la simplification des fonctions logiques, si une formule de fonction logique a plusieurs solutions optimales, non seulement une solution optimale est donnée, mais toutes les solutions optimales possibles sont données. Pour de nombreux exercices, s'il existe plusieurs solutions optimales, le nombre de solutions optimales est indiqué entre parenthèses, et les étudiants doivent trouver toutes les solutions optimales au lieu de se contenter d'une seule solution.

2. Faites attention à la méthode

L'introduction de la théorie et de la méthode pures rendra les lecteurs ennuyeux. Ce livre utilise deux manières d'amener les lecteurs sur la voie d'une méthodologie correcte : l'une consiste d'abord à donner plus d'un problème réel de conception logique, puis à dire au lecteur comment obtenir le circuit logique réel du problème étape par étape. ; L'autre consiste à résoudre d'abord un problème très simple, à extraire la méthode spécifique d'analyse et de résolution du problème, et à l'approfondir. De nombreux exemples concrets et vivants donnent aux étudiants le sentiment que le cours de conception logique est pratique et intéressant. Afin d'aider les étudiants à bien apprendre ce cours et à maîtriser ses théories et ses méthodes de manière approfondie et systématique, il fournit des liens d'apprentissage fascinants. De plus, pour résoudre le même problème, diverses méthodes et approches sont proposées pour résoudre le problème. Par exemple, pour la simplification de la logique combinatoire, la méthode de simplification algébrique, la méthode de simplification de la carte de Karnaugh, la méthode de simplification de Quinn McCluskey, la méthode de simplification par consensus itérative, etc. sont introduites, qui incarne "toutes les routes mènent L'idée de "Rome" permet aux lecteurs d'améliorer progressivement leurs compétences, de maîtriser les méthodes et de comparer les avantages et les limites des différentes méthodes utilisées.

3. Forte praticité

Cela se reflète principalement dans trois aspects : Premièrement, il y a un grand nombre d'exemples, d'exemples de résolution de problèmes et d'exercices dans le livre, afin que les étudiants puissent apprendre et maîtriser l'introduction du livre Les différentes méthodes et techniques sont faciles pour l'auto- étudier; la seconde est que la plupart des circuits utilisés dans l'analyse et la conception sont des puces de circuits intégrés commerciaux, de sorte que les étudiants peuvent effectuer la transition du circuit principal au circuit réel pendant le processus d'apprentissage et améliorer la capacité d'application pratique ; le troisième est En annexe, 4 types de plates-formes expérimentales sont présentés et de nombreux devoirs de laboratoire sont fournis, afin que les étudiants puissent intégrer la théorie à la pratique, consolider davantage les connaissances qu'ils ont apprises et améliorer leurs capacités d'ingénierie pratique.

4. Conception optimisée

Une conception optimisée peut non seulement réduire le coût de mise en œuvre, mais également réduire le volume du circuit et améliorer la fiabilité du circuit. C'est l'idée de base mise en œuvre tout au long de ce livre. De la simplification des fonctions logiques pour trouver la solution optimale, au moindre nombre de portes, au moindre nombre de puces, au moins de types de puces, et au moins de connexions entre puces dans la conception de circuits logiques combinatoires, à la simplification des états dans la conception de circuits séquentiels Et la distribution d'états, le moins de circuit mémoire utilisé, la moindre logique combinatoire, etc., reflètent tous cette idée. Pour terminer chaque conception, l'auteur doit calculer le coût, être " prudent " et s'efforcer d'économiser le plus possible, de sorte que lorsque les étudiants apprennent un tel cours de base professionnel, ils développent sans le savoir un " esprit économique " et s'engagent dans la conception réelle. . Lorsque vous travaillez, recherchez le meilleur.

5. Convient comme manuel pour les étudiants

Ce livre est un résumé des années d'enseignement de l'auteur. Le manuscrit a sollicité les opinions de collègues dans de nombreuses universités aux États-Unis et a utilisé les manuscrits précédents. De nombreux cycles d'enseignement ont été menés par l'auteur lui-même et ses collègues. Enfin, après examen par les pairs par de nombreuses universités, il a été officiellement publié après plusieurs révisions. Cela montre que les professeurs d'université américains prennent leurs propres manuels très au sérieux. Dans la préface du livre, l'auteur donne les heures de référence de chaque partie du contenu, ainsi que le choix du contenu en fonction de différentes situations spécifiques, auxquelles les enseignants peuvent se référer dans l'enseignement. Par conséquent, ce livre est très approprié comme manuel ou livre de référence pédagogique pour les étudiants.

6. Il est pratique pour l'auto-apprentissage et peut être utilisé comme matériel de révision pour les examens d'entrée de troisième cycle

Dans chaque chapitre, en plus d'un grand nombre d'exemples, d'exemples de résolution de problèmes et d'exercices, il y a aussi un test dans ce chapitre. Il donne également l'heure de référence du test et les réponses aux questions du test, ce qui peut aider les étudiants à tester la maîtrise et la maîtrise de la théorie, de la technologie et des méthodes de ce chapitre. Pour les exercices types de chaque chapitre, les réponses sont données à la fin du livre, afin que les étudiants puissent vérifier s'ils ont raison ou tort. De cette façon, cela peut éviter aux étudiants de se retrouver dans une impasse lors de la réalisation d'exercices, et leur faire gagner beaucoup de temps.

Ce sont ces caractéristiques qui rendent ce livre facile pour l'auto-apprentissage. En plus d'être un manuel pour les étudiants à temps plein, il convient également aux étudiants participant à l'éducation des adultes et à l'éducation en ligne en tant que manuel ou ouvrage de référence pour l'enseignement. C'est aussi un bon livre rare pour passer en revue les étudiants qui aspirent à passer l'examen d'entrée de troisième cycle pour les études de troisième cycle. Cela peut vous aider à obtenir deux fois le résultat avec la moitié de l'effort.

Certaines illustrations de l'édition originale de ce livre sont imprimées en couleur, et certaines parties sont en rouge, vert ou gris pour mettre en valeur certaines parties. Malheureusement, en raison de contraintes techniques, la traduction ne peut pas être imprimée en couleur, ce qui occasionnera quelques désagréments lors de la lecture des illustrations. Le livre original comporte des erreurs typographiques individuelles, et le traducteur les a corrigées une par une lors de la traduction.

La préface et le chapitre 1 de ce livre sont traduits par le professeur Yang Kuanghan ; les chapitres 2, 3, 4, 5 et 6 sont traduits par le Dr Yin Hongxi ; chapitres 7, 8 et comparaison des terminologies chinoise et anglaise du livre. Le tableau a été traduit par le Dr Liu Xinyuan ; Le chapitre 9 et les annexes A, B et C ont été traduits par Yu Ying. Le Dr Yin Hongxi a fait une révision unifiée de la traduction du livre.

En raison du nombre limité de traducteurs, du manque de temps et des irrégularités dans la traduction, j'espère que les lecteurs pourront me critiquer et me corriger. Enfin, le traducteur tient à exprimer sa sincère gratitude à Tsinghua University Press, en particulier à l'éditeur Long Qiming, pour leur soutien et leur aide dans la traduction de ce livre.

Traductrice à Yanyuan en novembre 2005

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