第十二章数字系统设计基础 数字系统的概念 按一定方式联系起来的一群事物所构成的总 体,称为系统。能够对数字信息进行传递,加工, 处理的电子设备,称为数字系统。 如果把数字系统比喻成一个人,那么数据处 理器就像人的手和脚能够完成各种操作。但要 想完成一个复杂的工作必须由大脑协调控制;控 制器在数字系统中就起到了大脑的作用 数据处理器→人的手和脚 数字系统 控制器→人的大脑
第十二章 数字系统设计基础 一､ 数字系统的概念 按一定方式联系起来的一群事物所构成的总 体，称为系统。能够对数字信息进行传递，加工， 处理的电子设备，称为数字系统。 如果把数字系统比喻成一个人,那么数据处 理器就像人的手和脚,能够完成各种操作。但要 想完成一个复杂的工作必须由大脑协调控制；控 制器在数字系统中就起到了大脑的作用。 数字系统 数据处理器 控制器 ⇒人的手和脚 ⇒人的大脑
数据输入 数据处理器匚氵数据输出 控制信 状态信号 控制输入 控制器 控制信号 图12.1.1数字系统的一般模型 数据处理器:由奇存器,存储器和执行算木运算,逻 辑运算等逻辑部件组成。 主要任务:传送数据,并对数据进行运算和判断。 控制器:时序逻辑电路。 作用:保证数据处理器有条不紊地按正确的时序进行 数据处理和加工
数据处理器：由寄存器，存储器和执行算术运算，逻 辑运算等逻辑部件组成。 主要任务：传送数据，并对数据进行运算和判断。 控制器：时序逻辑电路。 作用：保证数据处理器有条不紊地按正确的时序进行 数据处理和加工
控制器接受外部控制信号和数据处理的状态信号 综合成各种控制信号,通知数据处理器下一步应执行 什么操作,并输出状态信号以及数据处理器所执行操 作的情况。 因此,大体上可以说,有没有控制器是区别功能 部件和系统设备的标志。凡是包含控制器又能按程序 进行操作的系统,不论其规模大小,均称为数字系统。 没有控制器,且又不能按程序进行操作的电路, 不管其规模大小(如:大容量存储器),均不能称为 系统,只能算一个部件
因此，大体上可以说，有没有控制器是区别功能 部件和系统设备的标志。凡是包含控制器又能按程序 进行操作的系统，不论其规模大小，均称为数字系统。 没有控制器，且又不能按程序进行操作的电路， 不管其规模大小（如：大容量存储器），均不能称为 系统，只能算一个部件。 控制器接受外部控制信号和数据处理的状态信号 综合成各种控制信号，通知数据处理器下一步应执行 什么操作，并输出状态信号以及数据处理器所执行操 作的情况
、数字系统的设计任务 1.用规范化和形式化的方式作出正确的系统 逻辑功能描述; 2.设计具体的电路来实现所描述的系统逻辑功 能 三、数字系统的设计方法 1、设计步骤 第一步骤:用一定格式的数学语言(工具)来描述 待设计的数字系统。在这一步骤中,常用的描述工具 有四种
二、数字系统的设计任务 三、数字系统的设计方法 1、设计步骤 第一步骤：用一定格式的数学语言（工具）来描述 待设计的数字系统。在这一步骤中，常用的描述工具 有四种。 1.用规范化和形式化的方式作出正确的系统 逻辑功能描述； 2.设计具体的电路来实现所描述的系统逻辑功 能
(1)逻辑流程图 用一些典型的几何图形、( 等) 指向线和简练文字说明,来描述数字系统的基 本工作过程。它与软件设计中的流程图十分相 (2)ASM图(算法状态机) 它是一种硬件流程图语言,用状态块、判 断块、条件输出块、图形符号和文字符号等来描 述数字系统控制器,在不同时间内完成一系列 的操作
（1）逻辑流程图 （2）ASM图（算法状态机） 用一些典型的几何图形、（ 等) 指向线和简练文字说明，来描述数字系统的基 本工作过程。它与软件设计中的流程图十分相 似。 它是一种硬件流程图语言，用状态块、判 断块、条件输出块､图形符号和文字符号等来描 述数字系统控制器，在不同时间内完成一系列 的操作
(3)MDS图(备有记忆文件的状态图) 它与我们熟悉的状态图十分相似,是一种简练并 扩展功能的状态图,以状态图的形式来描述数字系统 控制器的控制过程。 (4)RTL(寄存器传送语言) 寄存器传送语言是一种硬件程序语言,它是设 计数字系统和使设计过程走向自动化的工具。 第二步骤:根据采用电路结构器件类型,进行适当的 逻辑变换,得到符合某个标准的硬件实施方案
（3）MDS图（备有记忆文件的状态图） 它与我们熟悉的状态图十分相似，是一种简练并 扩展功能的状态图，以状态图的形式来描述数字系统 控制器的控制过程。 （4）RTL（寄存器传送语言） 寄存器传送语言是一种硬件程序语言，它是设 计数字系统和使设计过程走向自动化的工具。 第二步骤：根据采用电路结构器件类型，进行适当的 逻辑变换，得到符合某个标准的硬件实施方案
(1)试凑法 对于给定的设计任务,在明确设计要求之 后,从器件产品手册中查找一些SSI、MSI、LSI 器件(芯片),由于这些器件的逻辑功能和要 解决的问题,不可能完全相同,设计者则充分 发挥其创造性,想办法,找窍门,用附加电路 修修补补完善其功能,拼拼凑凑组合成系统。 这种由局部到整体的设计方法,通常被称为: 自下而上的设计方法( Botto-up)。 显然,这种设计方法没有一定的规律可循, 设计质量和水平,取决于设计者的丰富经验和 技能
（1）试凑法 对于给定的设计任务，在明确设计要求之 后，从器件产品手册中查找一些SSI、MSI、LSI 器件（芯片），由于这些器件的逻辑功能和要 解决的问题，不可能完全相同，设计者则充分 发挥其创造性，想办法，找窍门，用附加电路 修修补补完善其功能，拼拼凑凑组合成系统。 这种由局部到整体的设计方法，通常被称为： 自下而上的设计方法（Bottom-up）。 显然 ，这种设计方法没有一定的规律可循， 设计质量和水平，取决于设计者的丰富经验和 技能
(2)自上而下的设计方法 TOP-DOWN 自上而下的设计方法是由整体向局部深入 的设计方法。 基本思想: 1)是把规模较大的数字系统,从逻辑上划 分为数据处理器和控制器两大部分。 2)采用逻辑流程图、ASM图(或MDS图) 来描述控制器的控制过程,并根据控制器和数 据处理器的逻辑功能,选择相适应的SSI、 MS和LS器件实现
(2) 自上而下的设计方法(TOP-DOWN) 自上而下的设计方法是由整体向局部深入 的设计方法。 基本思想： 1) 是把规模较大的数字系统，从逻辑上划 分为数据处理器和控制器两大部分。 2)采用逻辑流程图、ASM图（或MDS图） 来描述控制器的控制过程，并根据控制器和数 据处理器的逻辑功能，选择相适应的SSI、 MSI和LSI器件实现
有时,上述控制器和数据处理器又可以分别 看成一个数字系统,逻辑划分工作也可以在它们 内部重复地进行。按此设计思想,一个大的数 字系统可以逐次进行逻辑划分,由多人按照协 议进行设计,最后把它们连接起来,便可得到 所要求的数字系统。 总结:自上而下的设计方法,可以按照一些 设计步骤,一步一步地去实现设计方案,其设 计思想清晰,有一定规律可遵循
总结：自上而下的设计方法，可以按照一些 设计步骤，一步一步地去实现设计方案，其设 计思想清晰，有一定规律可遵循。 有时,上述控制器和数据处理器又可以分别 看成一个数字系统,逻辑划分工作也可以在它们 内部重复地进行。按此设计思想，一个大的数 字系统可以逐次进行逻辑划分，由多人按照协 议进行设计，最后把它们连接起来，便可得到 所要求的数字系统
Top-Down的基本设计步骤 1)明确设计系统的逻辑功能。 2)确定系统方案(注:这一步是最难、 最有创造性的一步,也是设计的关键阶段) 3)逻辑划分 把系统划分为数据处理器和控制器两部分, 并具体地规定它的逻辑要求 4)设计数据处理器 设计原则:数据处理器的组成应该是简单、易 控制的
Top-Down的基本设计步骤： 1）明确设计系统的逻辑功能。 2）确定系统方案（注：这一步是最难、 最有创造性的一步，也是设计的关键阶段）。 3）逻辑划分 把系统划分为数据处理器和控制器两部分， 并具体地规定它的逻辑要求。 4）设计数据处理器 设计原则：数据处理器的组成应该是简单、易 控制的