Ψηφιακά συστήματα

Περιγραφή:

Στο πρώτο κεφάλαιο εξετάζονται τα αριθμητικά συστήματα, με κύριο το δυαδικό που χρησιμοποιείται στους ψηφιακούς υπολογιστές. Περιγράφονται οι μέθοδοι μετατροπής αριθμών από σύστημα σε σύστημα, οι αριθμητικές πράξεις στο δυαδικό σύστημα, η αναπαράσταση αριθμών κινητής υποδιαστολής, καθώς και κάποιοι ψηφιακοί κώδικες που χρησιμοποιούνται συχνά. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται οι λογικές πύλες και η άλγεβρα Boole, η οποία η οποία διέπει τη λειτουργία των ψηφιακών συστημάτων. Δίνονται επίσης παραδείγματα υλοποίησης κυκλωμάτων πυλών και η μέθοδος απλοποίησης αυτών των κυκλωμάτων με χάρτες Karnaugh. Στα δύο επόμενα κεφάλαια περιγράφεται η ανάλυση και η σύνθεση κυκλωμάτων των δύο βασικών κατηγοριών. Στο τρίτο κεφάλαιο δίνονται παραδείγματα σχεδίασης συνδυαστικών κυκλωμάτων όπως αθροιστές, πολυπλέκτες και αποκωδικοποιητές, ενώ στο τέταρτο σχεδιάζονται σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα με τη χρήση μανδαλωτών και flip-flops. Το πέμπτο κεφάλαιο ασχολείται με τη δομή των στοιχείων μνήμης όπως είναι η RΑΜ και η ROΜ, καθώς και ο τρόπος υλοποίησης ψηφιακών συστημάτων με ολοκληρωμένα κυκλώματα προγραμματιζόμενης λογικής όπως τα ΡLΑ, ΡΑL, FPGΑ, κλπ. Τα κυκλώματα αυτά συνδέονται άμεσα με τη μοντελοποίηση σε VHDL, αφού οι κατασκευαστές τους προσφέρουν μεταφραστές υλικού που τα προγραμματίζουν αυτόματα από την VHDL περιγραφή τους. Το έκτο κεφάλαιο αποτελεί μια εισαγωγή στη γλώσσα VHDL, δίνοντας τις οντότητες και αρχιτεκτονικές της γλώσσας. Αναλύονται οι τρεις τρόποι περιγραφής με VHDL, η περιγραφή συμπεριφοράς, η περιγραφή ροής δεδομένων, και η δομική περιγραφή. Δίνονται επίσης οι τύποι δεδομένων που χρησιμοποιούνται από την VHDL και ο τρόπος δήλωσης των στοιχείων ενός κυκλώματος. Στο έβδομο κεφάλαιο περιγράφονται οι υποστηρικτικές δομές της γλώσσας, δηλαδή τα υποπρογράμματα, τα πακέτα, οι βιβλιοθήκες και οι διατάξεις, καθώς και ο τρόπος δημιουργίας καθενός από αυτά. Στο όγδοο κεφάλαιο δίνονται οι τεχνικές μοντελοποίησης με VHDL και ο χειρισμός της ροής του χρόνου μέσω ακολουθιακών ή συντρεχουσών προτάσεων. Αναλύεται επίσης και ο τρόπος εισαγωγής χρονικών καθυστερήσεων στη διάδοση των σημάτων εντός του ψηφιακού μοντέλου. Τα τρία επόμενα κεφάλαια επεξηγούν αναλυτικά την μεθοδολογία μοντελοποίησης με VHDL ανάλογα με το επίπεδο αφαίρεσης που απαιτείται από τη σχεδίαση. Στο κεφάλαιο 9 μοντελοποιείται το ανώτερο επίπεδο, δηλαδή το επίπεδο μικροστοιχείου (chop) με την εισαγωγή της έννοιας της διεργασίας. Στο κεφάλαιο 10 γίνεται μοντελοποίηση σε επίπεδο καταχωρητών με την αναπαράσταση της ροής δεδομένων μέσω αυτών, ενώ στο κεφάλαιο 11 μοντελοποιείται το κύκλωμα σε επίπεδο πυλών με αναλυτική περιγραφή των χρονικών καθυστερήσεων τόσο για τις εξόδους όσο και για τις εισόδους των πυλών. Τέλος, στο δωδέκατο κεφάλαιο περιγράφεται η μεθοδολογία προσομοίωσης των μοντέλων VHDL και δίνονται παραδείγματα των χρονικών διαγραμμάτων που παράγονται από τον προσομοιωτή. Δίνεται επίσης και ο τρόπος δημιουργίας μετροπρογραμμάτων για τον έλεγχο της λειτουργίας των ψηφιακών κυκλωμάτων που σχεδιάζονται.