概述

数字技术的发展及其应用（了解）

集成电路的发展

集成电路是什么？

作为初学者可以把集成电路当做是一个CPU，但是集成电路不仅仅有CPU，还有其他的。

  • 60-70年代

    IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI、VLSI

​ IC（integrated circuit）集成电路

​ 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

  • 80年代后

    ULSI，ASIC 制作技术成熟

​ ULSI盛大规模集成电路

​ ASIC专用集成电路

  • 90年代后

    一片集成电路上有40亿个晶体管

  • 目前

​ 芯片内部的布线细微到纳米

​ 微处理器的时钟频率高达3GHz（10^9Hz）

  • 将来

    高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路

电子器件的发展

  • 电子管时代

  • 晶体管时代

  • 半导体集成电路

    • 1958年9月12日美国德州仪器的一个工程师杰克·基尔比研制出了世界上第一块集成电路。
    • 做实验的一些芯片就是半导体集成电路

电路设计方法

  • 传统的设计方法
    • 采用自下而上的设计方法，先组装电路，再进行调试
  • 现代的设计方法
    • 采用自上而下的设计方法，先用计算机的软件进行电路的设计、分析、仿真、修改，之后再组装电路

EDA技术

  • EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下载到芯片，实现系统功能， 使硬件设计软件化。

数字技术的应用

  • 电脑、数码相机、智能家居等

数字集成电路的分类及特点（了解）

数字集成电路的分类

  • 按照电路的结果特点及对输入信号的相应规则

    • 组合逻辑电路
    • 时序逻辑电路

  • 按电路的形式

    • 集成电路
    • 分立电路

  • 按器件不同

    • TTL电路
    • CMOS电路

  • 按集成度不同

    集成度：每一个芯片所包含的门（电路）个数。

    • SSI
    • MSI
    • LSI
    • VLSI
    • ULSI

数字电路的分析、设计与测试

  • 数字电路的分析方法

    • 根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系，说明电路实现的逻辑功能

    • 分析工具：逻辑代数

      电路逻辑功能主要用真值表、逻辑图、逻辑表达式和卡诺图、波形图。

  • 数字电路的设计方法

    • 自底向上
    • 自顶向下

数字信号和数字电路

  • 电子电路分类
    • 模拟电路：处理模拟信号的电路
    • 数字电路：处理数字信号的电路

进制

各种进制

十进制

二进制

八进制

十六进制

进制转化

二、八、十六进制转换为十进制

逻辑代数

简介

  • 用于描述客观事物逻辑关系的数学工具，又称布尔代数或开关代数

  • 逻辑指事物因果关系的规律

  • 与普通代数比较：

    • 相似处：都是用字母表示变量，用代数式描述客观事物间的关系。
    • 不同点：
      • 逻辑代数描述客观事物间的逻辑关系，相应的函数称逻辑函数，变量称逻辑变量
      • 逻辑变量和逻辑函数的取值都只有两个，通常用1和0表示；
      • 运算规律有很多不同

  • 注意：逻辑代数中的1和0不表示数量大小，仅表示两种相反的状态。

  • 逻辑体制

    • 正逻辑体制：规定高电平为逻辑1、低电平为逻辑0
    • 负逻辑体制：规定高电平为逻辑0、低电平为逻辑1
    • 通常未加说明，则为“正逻辑”体制。

基本逻辑运算

与运算

  • 决定某一事件的所有条件都具备时，该事件才发生。

实践

半加器

  • 半加器可以实现一位二进制数的加法运算，为二输入，二输出的加法器。
  • 即0+0=00 0+1=01 1+0=01 1+1=10
  • A为被加数，B为加数，输出结果用CS表示，A+B=CS
  • 其中C为本位向更高位的进位，由于一位加法运算没有更高位，则C充当输出的高位，S为输出的低位

真值表

A B C S
0 0 0 0
0 1 0 1
1 0 0 1
1 1 1 0

可以发现S的逻辑为A、B异或就行

而C的逻辑为A、B与就行

全加器

  • 全加器的基本单元往往要实现三个一位二进制数的求和
  • 即0+0+0=00、0+0+1=01、0+1+0=01、0+1+1=10、1+0+0=01、1+0+1=10、1+1+0=10、1+1+1=11
  • 其中C是低位向本位的进位，Ci又是本位向更高位的进位，A仍然是被加数，B仍然为加数
A B C Ci S
0 0 0 0 0
0 0 1 0 1
0 1 0 0 1
0 1 1 1 0
1 0 0 0 1
1 0 1 1 0
1 1 0 1 0
1 1 1 1 1