速通数电与计算机体系结构
Digital Design and Computer Architecture with RISC-V

第一章

数字系统

原码

原码(Sign/Magnitude Number)的第一位表示正负,0 为正,1 为负。例如 5 的二进制为 101,则 -5 的四位二进制原码为 1101。

补码

补码(Two's Complement),将每位数字取反然后末尾加 1。例如 2 = 0010,则 -2 = 1101 末尾加 1,为1110。

补码可以方便二进制的运算,使用最为广泛。

逻辑门

Gates 意义
与门(AND) 当且仅当所有输入都为真时,输出才为真。
非门(NOT) 当输入为假时,输出为真;当输入为真时,输出为假。
或门(OR) 当至少一个输入为真时,输出才为真。
异或门 (XOR) 当输入不同时,输出才为真。
同或门(XNOR) 当输入相同时,输出才为真。
与非门(NAND) 与门的非门。
或非门(NOR) 或门的非门。

同时也需要记忆各门的图形:P44

数字抽象的深层含义

数字电路使用离散值,而物理值一般是连续的,所以电路设计者要想办法把离散值和连续值对应起来。

供电电压

零伏特电压一般指的是接地(GND)。从上世纪 70 年代起,供电电压从 5V 降到了 1.2V 以下。

逻辑电平

逻辑电平是指数字电路中电信号的电压水平,用于表示逻辑状态。在数字电路中,通常将电压分为两个离散的状态,分别代表逻辑值 0 和逻辑值 1。

噪声裕度

表示可以容忍的电压差值:

$$ NM_{L} = V_{IL} - V_{OL} $$ $$ NM_{H} = V_{OH} - V_{IH} $$

直流传输特性

将输入电压作为自变量,将输出电压作为因变量,抽象出一个函数。其形成的图像很有特点,叫作直流传输特性(DC Transfer Characteristics)。图像请参阅原书。

静态电路法则

静态电路法则要求,在给定逻辑上有效的输入情况下,每个电路元件都将产生逻辑上有效的输出。

为了提高生产力,诞生了四个逻辑家族:

  • TTL
  • CMOS
  • LVTTL
  • LVCMOS

第二章

布尔方程式

变量的反(Complement): $A \rArr \overline{A}$,不代表$A$就是 True,只是有无横线。

与项(AND):乘法。最小项(minterm)是包含所有输入变量的与项

或项(OR):加法。最大项(maxterm)是包含所有输入变量的或项

析取范式(Sum of Products):积之和。$Y = AB + CD$。

合取范式(Product of Sums):和之积。$Y = (A + B)(C + D)$。

布尔代数式

两张表格,记忆即可:

BA1

BA2

注意最后一行的德·摩根定律,数电中很有用:

$$ \overline{Y} = \overline{AB} + \overline{A}B \ \overline{\overline{Y}} = \overline{\overline{AB}} + \overline{\overline{AB}} = (\overline{AB})(\overline{AB}) = (A + B)(A + B) $$

从逻辑到门


上次修改於 2024-02-02