數(shù)字電子技術(shù)PPT11(應(yīng)電專業(yè))

1、Emailobile:1. 1. 課程的性質(zhì)課程的性質(zhì)3. 3. 課程研究內(nèi)容課程研究內(nèi)容5. 5. 教材和參考書教材和參考書4. 4. 課程特點與學(xué)習(xí)方法課程特點與學(xué)習(xí)方法6. 6. 考核考核2. 2. 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)是電類專業(yè)的：是電類專業(yè)的：1. 1. 課程性質(zhì)：課程性質(zhì)： 獲得適應(yīng)信息時代的數(shù)字電子技術(shù)方面的獲得適應(yīng)信息時代的數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識和基本技能。培養(yǎng)分析和解基本理論、基本知識和基本技能。培養(yǎng)分析和解決實際問題的能力，為以后學(xué)習(xí)與數(shù)字電子技術(shù)決實際問題的能力，為以后學(xué)習(xí)與數(shù)字電子技術(shù)相關(guān)學(xué)科和專業(yè)應(yīng)用打好以下兩方面的基礎(chǔ)相關(guān)學(xué)科和專

2、業(yè)應(yīng)用打好以下兩方面的基礎(chǔ): :2. 2. 課程目標(biāo)：課程目標(biāo)：1 1）正確分析、設(shè)計數(shù)字電路，特別是集成電路）正確分析、設(shè)計數(shù)字電路，特別是集成電路 2 2）進(jìn)一步學(xué)習(xí)設(shè)計專用集成電路）進(jìn)一步學(xué)習(xí)設(shè)計專用集成電路(ASIC)(ASIC)具入門性質(zhì)的具入門性質(zhì)的、重要的專業(yè)基礎(chǔ)課重要的專業(yè)基礎(chǔ)課 4. 課程特點與學(xué)習(xí)方法1 ) 1 ) 發(fā)展快發(fā)展快2 )2 )應(yīng)用廣應(yīng)用廣3 )3 )工程實踐性強(qiáng)工程實踐性強(qiáng) 學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法打好基礎(chǔ)、打好基礎(chǔ)、 關(guān)注發(fā)展、關(guān)注發(fā)展、 主動更新主動更新、注重實踐注重實踐課程學(xué)習(xí)中課程學(xué)習(xí)中: : 了解電路功能的應(yīng)用背景了解電路功能的應(yīng)用背景, ,注重學(xué)習(xí)分析問題

3、、解注重學(xué)習(xí)分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。決問題能力的培養(yǎng)。 課程特點課程特點每每1818個月芯片的集成度提高個月芯片的集成度提高1 1倍倍, ,而功耗下降一半。而功耗下降一半。 注重理解和掌握功能部件的外特性、多練習(xí)、注重理解和掌握功能部件的外特性、多練習(xí)、多動手多動手本課程是一門既抽象又具體的課程。本課程是一門既抽象又具體的課程。在邏輯問題的提取和描述方面是抽象的,而在邏輯問題的實現(xiàn)上是具體的。因此，學(xué)習(xí)中既要務(wù)虛，又要務(wù)實。邏輯設(shè)計方法十分靈活。邏輯設(shè)計方法十分靈活。數(shù)字系統(tǒng)中，邏輯電路的分析與設(shè)計具有很大的靈活性。許多問題的處理沒有固定的方法和步驟，很大大程度上取決于操作者的邏輯思維推

4、理能力、知識廣度和深度、以及解決實際問題的能力。換而言之，邏輯電路的分析與設(shè)計具有較大的彈性和可塑性。4. 課程特點與學(xué)習(xí)方法（續(xù)）3. 3. 課程研究內(nèi)容課程研究內(nèi)容 -數(shù)字信號傳輸、變換、產(chǎn)生等數(shù)字信號傳輸、變換、產(chǎn)生等。內(nèi)容涉及信號內(nèi)容涉及信號處理的器件、功能電路及系統(tǒng)。處理的器件、功能電路及系統(tǒng)。 第第1 1章章 數(shù)字邏輯概論數(shù)字邏輯概論 第第2 2章章 邏輯代數(shù)與邏輯代數(shù)與HDLHDL基礎(chǔ)基礎(chǔ)第第3 3章章 邏輯門電路邏輯門電路 第第4 4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路第第5 5章章 鎖存器與觸發(fā)器鎖存器與觸發(fā)器 第第6 6章章 時序邏輯電路時序邏輯電路第第7 7章章 存儲器存儲器

5、復(fù)雜可編程邏輯器件和現(xiàn)場可編程門陣列復(fù)雜可編程邏輯器件和現(xiàn)場可編程門陣列第第8 8章章 脈沖波形的變換脈沖波形的變換與產(chǎn)生與產(chǎn)生第第9 9章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器* */* * *第第1010章章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)( (數(shù)字部分?jǐn)?shù)字部分) )第五版第五版閻石主編閻石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 第五版第五版高等教育出版社高等教育出版社王毓銀主編王毓銀主編數(shù)字電路邏輯設(shè)計第三版數(shù)字電路邏輯設(shè)計第三版高等教育出版社高等教育出版社蔡惟錚主編蔡惟錚主編基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)集成電子技術(shù)集成電子技術(shù)高等教高等教育出版社育出版社電子工程手冊編

6、委會編電子工程手冊編委會編中外集成電路簡明速查手冊中外集成電路簡明速查手冊-TTL-TTL、CMOSCMOS電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社王金明王金明, ,楊吉斌編楊吉斌編數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與VerliogHDLVerliogHDL 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社5. 5. 主要教材及參考書主要教材及參考書考核考核 平時成績平時成績 30%30% 考試考試 70%70%及時交作業(yè)及時交作業(yè)作業(yè)作業(yè)兩本作業(yè)本，寫上姓名、班級兩本作業(yè)本，寫上姓名、班級答疑答疑 隨隨 時時1.11.1數(shù)字信號與模擬信號數(shù)字信號與模擬信號1.2 1.2 數(shù)制數(shù)制1.4 1.4 二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼 1.5 1.5 二

7、值邏輯變量與基本邏輯運算二值邏輯變量與基本邏輯運算 1.6 1.6 邏輯函數(shù)及其表示方法邏輯函數(shù)及其表示方法 1.1.數(shù)字邏輯概論數(shù)字邏輯概論1.3 1.3 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算5 5、掌握基本邏輯運算及邏輯函數(shù)的表示方法、掌握基本邏輯運算及邏輯函數(shù)的表示方法教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求1 1、了解數(shù)字信號與數(shù)字電路的基本概念、了解數(shù)字信號與數(shù)字電路的基本概念2 2、了解數(shù)字信號的特點及表示方法、了解數(shù)字信號的特點及表示方法3 3、掌握常用二十、二十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換、掌握常用二十、二十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換4 4、了解常用二進(jìn)制碼，熟悉、了解常用二進(jìn)制碼，熟悉8421 BCD8421 BCD

8、碼碼1. 1 1. 1 數(shù)字電路與數(shù)字信號數(shù)字電路與數(shù)字信號1.1.1 1.1.1 數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展1.1.2 1.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點數(shù)字集成電路的分類及特點1.1.31.1.3 模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號1.1.4 1.1.4 數(shù)字信號的描述方法數(shù)字信號的描述方法1) 1) 數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用人類進(jìn)入到數(shù)字時代人類進(jìn)入到數(shù)字時代, , 數(shù)字技術(shù)是發(fā)展最快數(shù)字技術(shù)是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)應(yīng)用最廣泛的技術(shù). .雷達(dá)技術(shù)雷達(dá)技術(shù)通信技術(shù)通信技術(shù)計算機(jī)、自動控制計算機(jī)、自動控制航空航天航空航天“勇氣勇氣”號號 火星探測器火星探測器1.

9、1.1 1.1.1 數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展2) 數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展歷程19061906年年 美國李美國李. .德福雷斯特發(fā)明了真空三極管德福雷斯特發(fā)明了真空三極管19481948年年 晶體管之父威廉晶體管之父威廉肖克利發(fā)明了肖克利發(fā)明了第一第一 只晶體管只晶體管19581958年年 美國基爾比制成第一塊集成電路美國基爾比制成第一塊集成電路 6 6個月后諾伊斯制成第一塊硅集成個月后諾伊斯制成第一塊硅集成 電路電路19711971年年- - 美國美國M.E.M.E.霍夫制成第一臺四位微處理器霍夫制成第一臺四位微處理器4004400419761976年年- - 美國美國S. S

10、. 克雷制成第一部微型計算機(jī)克雷制成第一部微型計算機(jī) “ “克雷克雷-I”-I”19831983年年- - 我國研制成功第一臺速度為我國研制成功第一臺速度為1 1億次的億次的“銀河銀河”巨型計算機(jī)巨型計算機(jī)8080年代后年代后- ULSI - ULSI ，1010億個晶體管億個晶體管/ /片片 、 ASIC ASIC 制作技術(shù)成熟制作技術(shù)成熟目前目前- - 芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米(0.13-0.09(0.13-0.09 m)m)量級量級微處理器的時鐘頻率高達(dá)微處理器的時鐘頻率高達(dá)2.8GHz2.8GHz（109Hz109Hz）9090年代后年代后- ASIC -

11、ASIC 可編程邏輯器件（可編程邏輯器件（PLDPLD） 現(xiàn)場可編程門陣列現(xiàn)場可編程門陣列60-7060-70年代年代ICIC技術(shù)迅速發(fā)展：技術(shù)迅速發(fā)展： SSI MSI LSI VLSISSI MSI LSI VLSI。1010萬個晶體管萬個晶體管/ /片，芯片中晶體管片，芯片中晶體管0.35um0.35um。3) 3) 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展特點數(shù)字技術(shù)的發(fā)展特點-以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ) 電子管電子管 19061906年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。世界上第一臺計算機(jī)用了命短。世界上

12、第一臺計算機(jī)用了1.81.8萬萬只電子管，占地只電子管，占地170170平方米，重平方米，重3030噸，噸，耗電耗電150W150W。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用。電壓控制器件電壓控制器件電真空技術(shù)電真空技術(shù)晶體管晶體管電流控制器件電流控制器件半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體技術(shù)4) 4) 電路設(shè)計方法伴隨器件變化，從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代電路設(shè)計方法伴隨器件變化，從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代a) a) 傳統(tǒng)的設(shè)計方法：傳統(tǒng)的設(shè)計方法：b) b) 現(xiàn)代的設(shè)計方法：現(xiàn)代的設(shè)計方法：采用自下而上的設(shè)計方法；由人工組裝，經(jīng)反復(fù)采用自下而上的設(shè)計方法；由人工組裝，經(jīng)反復(fù)調(diào)試調(diào)試、驗證驗證、修改完成、修改完成

13、。所用的元器件較多，電。所用的元器件較多，電路可靠性差，設(shè)計周期長。路可靠性差，設(shè)計周期長?，F(xiàn)代現(xiàn)代EDAEDA技術(shù)實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化。采用從上到技術(shù)實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化。采用從上到下設(shè)計方法，電路設(shè)計下設(shè)計方法，電路設(shè)計、分析、仿真、分析、仿真 、修訂全、修訂全部通過計算機(jī)完成部通過計算機(jī)完成。 EDAEDA技術(shù)以計算機(jī)為基本工具、借助于軟件設(shè)計平技術(shù)以計算機(jī)為基本工具、借助于軟件設(shè)計平臺，自動完成數(shù)字系統(tǒng)的仿真、邏輯綜合、布局布線臺，自動完成數(shù)字系統(tǒng)的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。等工作。最后下載到芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 1 1、設(shè)計：、設(shè)計：在計算機(jī)上利用軟件

14、平臺進(jìn)行設(shè)計在計算機(jī)上利用軟件平臺進(jìn)行設(shè)計原理圖設(shè)計原理圖設(shè)計VerilogHDL語言設(shè)計語言設(shè)計狀態(tài)機(jī)設(shè)計狀態(tài)機(jī)設(shè)計設(shè)計方法設(shè)計方法EDAEDA技術(shù)技術(shù)3 3、下載、下載2 2、仿真、仿真4 4、驗證結(jié)果、驗證結(jié)果實驗板實驗板下載線下載線集成度是指每一芯片所包含的門個數(shù)集成度是指每一芯片所包含的門個數(shù)可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。 1 1）按集成度不同劃分：）按集成度不同劃分：2 2）按電路結(jié)構(gòu)和工作特點不同劃分：）按電路結(jié)構(gòu)和工作特點不同劃分：龍芯二號增強(qiáng)型處理器（簡稱龍芯二號增強(qiáng)型處理器（簡稱“龍芯龍芯2E”） 龍芯二號增強(qiáng)型處理器（簡稱

15、龍芯二號增強(qiáng)型處理器（簡稱“龍芯龍芯2E”）是中國科學(xué)院計算技術(shù)所研制，）是中國科學(xué)院計算技術(shù)所研制，具有具有自主知識產(chǎn)權(quán)自主知識產(chǎn)權(quán)的的64位高性能通用處理器，龍芯位高性能通用處理器，龍芯2E的最高頻率達(dá)到的最高頻率達(dá)到1GHZ，最高雙精度浮點運算速度每秒最高雙精度浮點運算速度每秒39.93億次，億次，SPEC CPU2000性能測試達(dá)到性能測試達(dá)到500分，分，是目前全球除美日之外性能最高的通用處理器是目前全球除美日之外性能最高的通用處理器。 龍芯龍芯2E采用四發(fā)射的動態(tài)超標(biāo)量超流水線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了先進(jìn)的轉(zhuǎn)移猜疑、采用四發(fā)射的動態(tài)超標(biāo)量超流水線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了先進(jìn)的轉(zhuǎn)移猜疑、寄存器重命名、動態(tài)調(diào)

16、度、以及非阻塞的高速緩存訪問等亂序執(zhí)行技術(shù)。龍芯寄存器重命名、動態(tài)調(diào)度、以及非阻塞的高速緩存訪問等亂序執(zhí)行技術(shù)。龍芯2E片內(nèi)含片內(nèi)含64KB一級指令高速緩存訪問等亂序執(zhí)行技術(shù)。龍芯一級指令高速緩存訪問等亂序執(zhí)行技術(shù)。龍芯2E片內(nèi)含片內(nèi)含64KB一級指令高速緩存、一級指令高速緩存、64KB一級數(shù)據(jù)高速緩存、以及一級數(shù)據(jù)高速緩存、以及512KB二級高速緩存，片二級高速緩存，片內(nèi)還集成有內(nèi)還集成有DDR內(nèi)存控制器，在單處理體系結(jié)構(gòu)上達(dá)到國際先進(jìn)水平。內(nèi)存控制器，在單處理體系結(jié)構(gòu)上達(dá)到國際先進(jìn)水平。 龍芯龍芯2E采用采用90納米納米CMOS工藝工藝，是大陸地區(qū)第一個采用，是大陸地區(qū)第一個采用90納米設(shè)計技術(shù)納米設(shè)計技術(shù)的處理器。晶體管數(shù)量的處理器。晶體管數(shù)量4700萬個，面積萬個，面積35平方毫米，典型的工作頻率平方毫米，典型的工作頻率750MHZ下的實測功耗為下的實測功耗為57瓦，適用于高端嵌入式領(lǐng)域。瓦，適用于高端嵌入式領(lǐng)域。 龍芯龍芯2E可運行可運行64位位linux操作系統(tǒng)，流暢運行操作系統(tǒng)，流暢運行Debian發(fā)行版視窗系統(tǒng)、發(fā)行版視窗系統(tǒng)、Mozilla瀏覽器、瀏覽器、OpenOffice辦公套件、辦公套件、Mplayer流媒體播放器、流媒體播放器、WEB Server、MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、Windows虛擬終端等應(yīng)用程序并能正確支持中文輸入和