کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design

کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design (مبانی منطق دیجیتال با طراحی VHDL، ویرایش چهارم) جدیدترین کتاب منتشر شده تا این زمان بری طراحی دیجیتال با طراحی VHDL است. این کتاب در 11 فصل به آموزش مقدماتی تا بیان نکات پیشرفته و مهم مدار منطقی خواهد پرداخت.

در ادامه مقدمه‌ای از کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.

مقدمه‌ای بر کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design:

این کتاب برای دوره مقدماتی طراحی منطق دیجیتال که یک دوره پایه در اکثر برنامه‌های مهندسی برق و کامپیوتر است، در نظر گرفته شده است. یک طراح موفق مدارهای منطق دیجیتال به درک خوبی از روش‌های کلاسیک طراحی منطق و درک محکم از رویکرد طراحی مدرن که بر ابزارهای طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) متکی است، نیاز دارد.

مخاطبین اصلی این کتاب عبارتند از: آموزش مفاهیم اساسی طراحی دیجیتال دستی کلاسیک به دانش‌آموزان و به وضوح نحوه طراحی مدارهای دیجیتال امروزه با استفاده از ابزارهای CAD. اگرچه طراحان مدرن کنونی به ندرت از تکنیک‌های دستی استفاده می‌کنند، انگیزه ما برای آموزش چنین تکنیک‌هایی این است که به دانش‌آموزان احساسی بصری نسبت به نحوه عملکرد مدارهای دیجیتال بدهیم.

تکنیک‌های دستی همچنین نمونه‌ای از انواع دستکاری‌های انجام‌شده توسط ابزارهای CAD را ارائه می‌دهند و به دانش‌آموزان می‌دهند که از مزایای ارائه شده توسط اتوماسیون طراحی قدردانی کنند. در سرتاسر کتاب، مفاهیم اولیه با استفاده از مثال‌های طراحی ساده معرفی شده‌اند که ما با استفاده از تکنیک‌های دستی و روش‌های مدرن مبتنی بر ابزار CAD انجام می‌دهیم. پس از ایجاد مفاهیم اولیه، نمونه‌های پیچیده‌تری با استفاده از ابزارهای CAD ارائه می‌شود. بنابراین، برای نشان دادن اینکه چگونه طراحی دیجیتال در حال حاضر در عمل انجام می‌شود، تأکید ما بر روش‌شناسی طراحی مدرن است.

بیشتر بخوانید: کتاب Fundamentals of Logic Design

فناوری

این کتاب در مورد فن‌آوری‌های مدرن پیاده‌سازی مدار دیجیتال بحث می‌کند. تأکید بر دستگاه‌های منطقی قابل برنامه ریزی (PLD) است که به دو دلیل مناسب ترین فناوری برای استفاده در کتاب درسی است. اول اینکه، PLD ها به طور گسترده در عمل مورد استفاده قرار می‌گیرند و تقریباً برای همه انواع طراحی مدارهای دیجیتال مناسب هستند. در واقع، دانش آموزان بیشتر از هر فن آوری دیگر درگیر طراحی‌های مبتنی بر PLD در مقطعی از حرفه خود هستند.

دوم، مدارها در PLD ها توسط برنامه نویسی کاربر نهایی پیاده سازی می‌شوند. بنابراین، می‌توان این فرصت را برای دانش‌آموزان فراهم کرد تا در محیط آزمایشگاهی، نمونه‌های طراحی این کتاب را در تراشه‌های واقعی پیاده‌سازی کنند. دانش‌آموزان همچنین می‌توانند رفتار مدارهای طراحی شده خود را در رایانه‌های خود شبیه‌سازی کنند. ما از دو نوع محبوب PLD برای هدف‌یابی طرح‌ها استفاده می‌کنیم: دستگاه‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی پیچیده (CPLD) و آرایه‌های دروازه قابل برنامه‌ریزی میدانی (FPGA).

ما بر استفاده از زبان توصیف سخت افزار (HDL) در مشخص کردن مدارهای منطقی تأکید می‌کنیم، زیرا رویکرد مبتنی بر HDL کارآمدترین روش طراحی برای استفاده در عمل است. ما به طور مفصل زبان استاندارد IEEE VHDL را شرح می‌دهیم و از آن به طور گسترده در مثال‌ها استفاده می‌کنیم.

محدوده کتاب

این نسخه از کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design به طور گسترده ای بازسازی شده است. تمام مطالبی که باید در یک دوره یک ترم پوشش داده شود اکنون در فصل‌های 1 تا 6 گنجانده شده است. مطالب پیشرفته تر در فصل‌های 7 تا 11 ارائه شده است.

فصل 1 کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design مقدمه ای کلی بر فرآیند طراحی سیستم‌های دیجیتال ارائه می‌دهد. مراحل کلیدی در فرآیند طراحی را مورد بحث قرار می‌دهد و توضیح می‌دهد که چگونه می توان از ابزارهای CAD برای خودکارسازی بسیاری از وظایف مورد نیاز استفاده کرد. همچنین بازنمایی اطلاعات دیجیتال را معرفی می کند.

فصل 2 کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design مدارهای منطقی را معرفی می کند. این نشان می‌دهد که چگونه از جبر بولی برای نشان دادن چنین مدارهایی استفاده می شود. مفاهیم سنتز و بهینه سازی مدارهای منطقی را معرفی می کند و نشان می‌دهد که چگونه از گیت‌های منطقی برای پیاده‌سازی مدارهای ساده استفاده می شود. همچنین اولین نگاهی اجمالی به VHDL به خواننده می‌دهد، به عنوان مثالی از زبان توصیف سخت افزاری که ممکن است برای مشخص کردن مدارهای منطقی استفاده شود.

فصل 3 کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design بر مدارهایی متمرکز است که عملیات حسابی را انجام می‌دهند. این اعداد را مورد بحث قرار می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه می‌توان آن‌ها را با استفاده از مدارهای منطقی دستکاری کرد. این فصل نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از VHDL برای تعیین عملکرد مورد نظر استفاده کرد و چگونه ابزارهای CAD می‌توانند مکانیزمی برای توسعه مدارهای مورد نیاز ارائه دهند.

فصل 4 کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design مدارهای ترکیبی مانند مالتی پلکسرها، رمزگذارها و رمزگشاها را ارائه می‌کند که به عنوان بلوک‌های ساختمانی در مدارهای بزرگتر استفاده می‌شوند. این مدارها برای نشان دادن کاربرد بسیاری از ساختارهای VHDL بسیار راحت هستند و به خواننده این فرصت را می‌دهند تا ویژگی‌های پیشرفته تر VHDL را کشف کند.

فصل 5 کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design عناصر ذخیره سازی را معرفی می‌کند. استفاده از فلیپ‌فلاپ‌ها برای تحقق ساختارهای منظم، مانند شیفت ثبات‌ها و شمارنده‌ها، مورد بحث قرار گرفته است. طرح‌های مشخص شده با VHDL از این سازه‌ها گنجانده شده است.

فصل 6 کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design ارائه مفصلی از مدارهای ترتیبی سنکرون (ماشین‌های حالت محدود) ارائه می‌دهد. رفتار این مدارها را توضیح می‌دهد و تکنیک‌های عملی را برای طراحی دستی و خودکار توسعه می‌دهد.

فصل 7 بحث در مورد تعدادی از مسائلی است که در طراحی سیستم‌های منطق دیجیتال مطرح می شود. مشکلاتی را که اغلب در عمل با آن‌ها مواجه می شوند آشکار و برجسته می کند و توضیح می‌دهد که چگونه می توان بر آن‌ها غلبه کرد. نمونه‌هایی از مدارهای بزرگتر یک رویکرد سلسله مراتبی در طراحی سیستم‌های دیجیتال را نشان می‌دهد. کد VHDL کامل برای این مدارها ارائه شده است.

فصل 8 کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design به روش‌های پیشرفته تر برای اجرای بهینه توابع منطقی می‌پردازد. این تکنیک‌های الگوریتمی را برای بهینه‌سازی ارائه می‌کند، و همچنین توضیح می‌دهد که چگونه توابع منطقی را می‌توان با استفاده از یک نمایش مکعبی یا نمودارهای تصمیم باینری مشخص کرد.

فصل 9 کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design مدارهای ترتیبی ناهمزمان را مورد بحث قرار می‌دهد. در حالی که این درمان جامع نیست، نشانه روشنی از ویژگی‌های اصلی چنین مدارهایی ارائه شده است. اگرچه مدارهای ناهمزمان به طور گسترده در عمل مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، آن‌ها وسیله ای عالی برای به دست آوردن درک کامل تر از عملکرد مدارهای دیجیتالی هستند. مدارهای ناهمزمان اهمیت درک واضح چگونگی تأثیر ساختار مدار بر تأخیر انتشار سیگنال‌ها و اینکه چگونه این تأخیرها می‌توانند بر عملکرد مدار تأثیر بگذارند را نشان می‌دهند.

فصل 10 کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design یک جریان CAD کامل را ارائه می‌دهد که یک طراح هنگام ایجاد، پیاده سازی و آزمایش یک مدار دیجیتال تجربه می کند.

فصل یازدهم کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design مبحث تست زنی را معرفی می‌کند. یک طراح مدارهای منطقی باید از نیاز به آزمایش مدارها آگاه باشد و حداقل با اساسی‌ترین جنبه‌های آزمایش آشنا باشد.

ضمیمه A خلاصه کاملی از ویژگی‌های VHDL را ارائه می‌دهد. اگرچه استفاده از VHDL در سراسر کتاب ادغام شده است، این ضمیمه مرجع مناسبی است که خواننده ممکن است گهگاه هنگام نوشتن کد VHDL با آن مشورت کند.

ضمیمه B جنبه‌های الکترونیکی مدارهای دیجیتال را ارائه می‌دهد. این پیوست نشان می‌دهد که چگونه گیت‌های اصلی با استفاده از ترانزیستور ساخته می شوند و عوامل مختلفی را ارائه می‌دهد که بر عملکرد مدار تأثیر می گذارد. مدرن ترین فناوری‌ها با تمرکز ویژه بر فناوری CMOS و PLD ها مورد تاکید قرار گرفته اند.

آنچه می‌تواند در یک دوره پوشش داده شود:

بسیاری از مطالب کتاب را می‌توان در 2 دوره یک چهارمی پوشش داد. پوشش کامل مهم ترین مطالب را می‌توان در یک دوره یک ترم یا حتی یک چهارم یک دوره به دست آورد. این تنها در صورتی امکان پذیر است که مربی زمان زیادی را صرف بحث در مورد پیچیدگی‌های ابزارهای VHDL و CAD نکند.

برای امکان پذیر ساختن این رویکرد، ما مواد VHDL را به سبک مدولار سازماندهی کردیم که برای خودآموزی مناسب است. تجربه ما در آموزش به دانشجویان در دانشگاه تورنتو نشان داده است که مدرس ممکن است در مجموع سه تا چهار ساعت سخنرانی را روی VHDL صرف کند، و توضیح دهد که چگونه باید ساختار کد (از جمله استفاده از سلسله مراتب طراحی) را با استفاده از متغیرهای اسکالر و برداری توضیح دهد. و سبک کد مورد نیاز برای مشخص کردن مدارهای ترتیبی. مثال‌های VHDL ارائه شده در این کتاب تا حد زیادی خود توضیحی هستند و دانش‌آموزان می‌توانند آن‌ها را به راحتی درک کنند.

این کتاب همچنین برای دوره طراحی منطق که شامل قرار گرفتن در معرض VHDL نیست، مناسب است. با این حال، برخی از دانش VHDL، حتی در سطح ابتدایی، برای دانش آموزان مفید است و برای شغلی به عنوان مهندس طراح آماده سازی عالی است.

سرفصل‌های کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design:

• Cover
• Title Page
• Copyright
• Dedication
• About the Authors
• Preface
• Acknowledgments
• Contents
• Chapter 1: Introduction
• Chapter 2: Introduction to Logic Circuits
• Chapter 3: Number Representation and Arithmetic Circuits
• Chapter 4: Combinational-Circuit Building Blocks
• Chapter 5: Flip-Flops, Registers, and Counters
• Chapter 6: Synchronous Sequential Circuits
• Chapter 7: Digital System Design
• Chapter 8: Optimized Implementation of Logic Functions
• Chapter 9: Asynchronous Sequential Circuits
• Chapter 10: Computer Aided design Tools
• Chapter 11: Testing of Logic Circuits
• Appendix A: VHDL Reference
• Appendix B: IMPLEMENTATION TECHNOLOGY
• Answers
• Index

جهت دانلود کتاب Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.