第10章 数字系统高级设计技术(第2讲)

高级数字系统设计数字系统已经成为现代社会中不可或缺的一部分，广泛应用于通信、计算机、工业自动化等领域。

随着科技的不断发展，人们对数字系统的要求也变得越来越高。

高级数字系统设计是为了满足这一需求而产生的，它在传统数字系统设计的基础上进行了进一步的优化和改进，以提高系统性能、降低功耗和增强可重构性。

1. 引言高级数字系统设计在数字系统领域具有重要的地位和作用。

本文将介绍高级数字系统设计的基本概念、原理和应用。

2. 高级数字系统设计的基本概念2.1 可编程逻辑器件（PLD）和可编程门阵列（GAL）可编程逻辑器件和可编程门阵列是高级数字系统设计中常用的硬件实现工具。

它们可以根据用户的要求进行编程，实现不同的逻辑功能。

2.2 时序分析与优化时序分析与优化是高级数字系统设计中的关键技术之一。

通过对时序进行准确的分析和优化，可以提高系统的稳定性和性能。

2.3 高级综合技术高级综合技术是将高级程序设计语言（如C、C++等）转化为硬件逻辑的过程。

它能够提高设计效率，缩短设计周期。

3. 高级数字系统设计的原理3.1 并行性与流水线技术并行性和流水线技术是高级数字系统设计中的重要原理。

通过合理地设计并行结构和流水线，可以提高系统的运行速度和效率。

3.2 分布式处理与多核技术分布式处理与多核技术是高级数字系统设计中常用的原理。

它们可以将任务分配给多个处理核心并行处理，提高系统的处理能力和性能。

3.3 管脚分组与布线规划管脚分组和布线规划是高级数字系统设计中的重要原理。

通过合理地进行管脚分组和布线规划，可以减少信号干扰，提高系统的可靠性和可重构性。

4. 高级数字系统设计的应用4.1 通信系统高级数字系统设计在通信系统中具有广泛的应用。

通过合理地设计和优化，可以提高通信系统的传输速率和数据处理能力。

4.2 计算机系统高级数字系统设计在计算机系统中也具有重要的应用。

它可以提高计算机的运算速度和存储容量，提升系统的整体性能。

4.3 工业自动化高级数字系统设计在工业自动化领域的应用也逐渐增多。

中国海洋大学数字系统设计课程大纲（理论课程）英文名称（Digital System Design）【开课单位】电子工程系【课程模块】专业知识【课程编号】【课程类别】必修【学时数】32 （理论）【学分数】 2一、课程描述本课程大纲根据2011年本科人才培养方案进行修订或制定。

（一）教学对象电子信息科学与技术、电子信息工程专业和通信工程专业本科生。

（二）教学目标及修读要求1、教学目标向学生介绍VHDL硬件描述语言的基本知识和使用VHDL设计数字系统的方法，展示数字系统设计的新手段，使学生的数字系统设计水平上升到一个新的层次。

通过该课程的学习，学生可以了解数字集成电路和可编程逻辑器件等方面的基本知识，掌握运用硬件描述语言设计数字系统的基本方法，建立现代数字系统设计的理念。

本课程另外配有32学时的实验课——“数字系统设计实验”，通过实验可以锻炼学生的实践能力，更好地理解课堂教学的内容。

具体课程内容见“数字系统设计实验教学大纲”。

2、修读要求本课程是一门工程应用类课程，实用性很强，是数字电子技术基础课程的后续课程。

学生在学习本课程之前，应当具备数字电子技术的基础知识，如能具备一些微机原理或者单片机原理的知识背景，则更利于本课程的学习。

（三）先修课程数字电子技术基础二、教学内容（一）第一章概论1、主要内容：1.1 数字集成电路的分类1.2 可编程逻辑器件简介1.3 数字系统的设计工具与设计流程1.4 知识产权核1.5 数字系统设计中的其它问题2、教学要求：了解数字集成电路和可编程逻辑器件等方面的基本知识，了解电子设计自动化技术的发展现状，理解数字系统设计的基本方法，了解数字系统设计中要注意的问题。

3、重点、难点：重点：数字系统设计的基本流程和各个环节：描述、划分、综合、验证。

难点：数字系统设计中各个环节之间的关系。

（二）第二章VHDL基本概念1、主要内容：2.1 VHDL的由来2.2 1位全加器的描述实例2.3 基本的VHDL模型结构2.4 VHDL的标识符2.5 VHDL的对象2.6 VHDL的数据类型和子类型2.7 属性2.8 运算符与表达式2、教学要求：了解VHDL的发展，掌握VHDL的模型结构描述和相关的基本概念，理解例题所示的描述与硬件之间的关系。

数字系统设计知识点数字系统设计是计算机工程和电子工程中的重要内容，涵盖了多种关键概念和技术。

本文将介绍数字系统设计的一些基础知识点，包括数字系统的基本原理、数字电路的构建和设计、以及数字系统中常见的编码和调制技术。

一、数字系统的基本原理数字系统是由数字电路组成的，其中的信息以二进制形式表示。

数字电路由数字逻辑门组成，可以执行布尔运算。

数字系统的基本原理包括以下几个关键概念：1. 二进制系统：数字系统采用二进制表示，即使用0和1来表示逻辑状态。

二进制是一种计数系统，它只使用两个数字来表示所有的值。

2. 布尔代数：布尔代数是描述和操作逻辑关系的一种数学工具。

它基于三个基本运算：与、或和非。

布尔代数可以用于设计和分析数字逻辑电路。

3. 逻辑门：逻辑门是数字电路的基本构件，用于执行逻辑运算。

常见的逻辑门包括与门、或门、非门等。

通过组合逻辑门可以构建复杂的数字电路。

二、数字电路的构建和设计数字电路是数字系统的基础，它由逻辑门和触发器等元件组成。

数字电路的构建和设计需要考虑以下几个因素：1. 逻辑门的组合与实现：通过组合不同类型的逻辑门可以实现多种逻辑功能。

例如，与门和或门的组合可以实现任意布尔函数。

设计者需要根据具体需求选择适当的逻辑门组合。

2. 状态机设计：状态机是一种具有离散状态的数字电路。

它由状态寄存器、组合逻辑和输出逻辑组成。

设计者需要根据系统需求定义状态和转移条件，然后选择适当的触发器和逻辑门实现状态机。

3. 模时序系统设计：模时序系统是一种具有时序行为的数字电路。

它由触发器和组合逻辑构成，可以实现时序逻辑功能。

设计者需要考虑时钟信号、触发器类型和时序逻辑的实现方式。

三、编码和调制技术在数字系统设计中，编码和调制是常用的技术，用于将信息从一种形式转换成另一种形式。

1. 数字编码：数字编码用于将数字或字符等信息转换为二进制形式。

常见的数字编码包括BCD码、格雷码和ASCII码等。

不同的编码方式可以适用于不同的应用场景。

软件工程专业课程教学大纲计算机导论课程教学大纲课程名称：计算机导论课程编号：学时/学分：48 / 3 开课学期：1适用专业：计算机科学与技术/软件工程/网络工程课程类型：学科与专业基础必修课一、课程的目的和任务1.初步了解计算机的基本知识，为后续课程的学习打下一定的基础；2.初步了解计算机科学与技术学科知识体系，了解社会对计算机人才的需求情况，培养学生学习兴趣和专业自豪感；3.初步掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；4.了解与计算机相关职业和行业的法律、法规；5.初步培养学生对终身学习的正确认识和学习能力；二、课程的基本要求1.了解计算机的入门基础知识，掌握计算机的运算基础知识；2.了解计算机系统的基本组成和工作原理；3.了解计算机程序设计和数据结构基础知识；4.了解计算机系统软件的基础知识；5.掌握常用办公软件的操作应用；6.了解数据库系统基本概念及其应用基础知识；7.了解多媒体技术及其应用基础知识；8.了解计算机网络及其应用基础知识9.了解软件工程的基本概念；10.了解计算机信息安全技术；11.了解计算机在各领域的应用发展趋势；12.了解计算机与信息技术相关的法律法规，了解相关的职业及其道德准则。

三、课程基本内容和学时安排第1章绪论（2学时）1.1计算机的基本概念；1.2信息化社会的挑战；1.3 计算机科学技术的研究范畴；1.4计算机工程教育认证通用标准与补充标准。

第2章计算机科学技术的基础知识（8学时）2.1计算机的运算基础；2.2逻辑代数基础；2.3计算机的基本结构与工作原理；2.4程序设计基础；2.5算法基础；2.6数据结构基础。

第3章计算机硬件结构（2学时）3.1计算机系统3.2系统单元3.3输入输出系统第4章计算机系统软件与工具软件（2学时）4.1程序设计语言翻译系统4.2操作系统4.3工具软件第5章计算机应用软件（2学时）5.1文字处理软件5.2电子表格软件5.3文稿演示软件第6章数据库系统及其应用（2学时）6.1数据库系统的基本概念6.2结构化查询语言6.3数据仓库6.8数据库系统的应用第7章多媒体技术及其应用（2学时）7.1多媒体7.2超文本与超媒体7.3多媒体技术第8章计算机网络及其应用（2学时）8.1数据通信与连通性8.2计算机网络体系结构8.3计算机网络的分类和使用方式8.4internet与tcp/ip协议8.5internet的服务功能8.6web和浏览器8.7局域网的基础构架第9章软件工程（2学时）9.1软件工程的概念9.2软件开发模型9.4软件过程和过程改进第10章计算机信息安全技术（2学时）10.1计算机信息安全面临的威胁10.2保密技术10.3防御技术第11章计算机的应用领域第12章职业道德与择业第11、12章共10课时，由企业工程师与本校任课教师共同完成。

可编辑修改精选全文完整版数字化设计技术一、课程说明课程编号：110343Z10课程名称：数字化设计技术/Digital Design Technology课程类别：专业教育课程学时/学分：40/2.5先修课程：机械设计、CAD/CAM技术、理论力学、材料力学适用专业：交通设备与控制工程教材、教学参考书：1.杨欣、许述财编著.数字样机建模与仿真.清华大学出版社.2014；2.龚友平编著.机械产品数字化设计技术.机械工业出版社.2014；3.苏春编著.数字化设计与制造(第2版）.机械工业出版社.2009；4.詹迪维编著.SolidWorks 2012机械设计教程.机械工业出版社.2012；5.江洪等编著.SolidWorks有限元分析实例解析.机械工业出版社.2007；6.谢昱等编著.SolidWorks机械设计与典型范例.电子工业出版社.2007。

二、课程设置的目的意义数字化设计是指利用计算机软硬件和仿真分析技术进行产品设计开发的方法，数字化设计技术的内涵是支持产品设计制造的全过程的数字化，包括：产品数字化设计建模、产品性能的数字化仿真分析、产品优化设计、产品数据管理及其开发流程的控制与优化。

数字化设计技术在包括交通设备在内的各类设备新产品的设计开发中起着越来越重要的作用，其应用日益广泛。

本课程是交通设备信息工程专业的专业引导选修课。

课程的主要目的在于使学生熟悉数字化设计技术的基本原理、工具和方法，并初步具备应用数字化设计技术进行新产品设计开发的能力。

三、课程的基本要求要求学生了解数字化设计系统的构成及其应用领域；掌握数字化设计、分析、仿真和管理的基本原理和方法。

在此基础上，结合实践和上机练习，要求学生能够注重将理论知识融入到实践运用中，能够运用数字化设计和仿真分析的软件，进行零件、复杂曲面及装配体数字化建模，产品性能仿真与分析、产品优化设计等方法和技术，结合轨道交通产品的数字化设计需求，切实提高学生产品设计能力和分析问题、解决问题的能力。

eda技术及应用第三版课后答案谭会生【篇一：《eda技术》课程大纲】>一、课程概述1.课程描述《eda技术》是通信工程专业的一门重要的集中实践课，是通信工程专业学生所必须具备的现代电子设计技术技能知识。

eda是电子技术的发展方向，也是电子技术教学中必不可少的内容。

本课程主要介绍可编程逻辑器件在电子电路设计及实现上的应用，介绍电路原理图和pcb图的设计技术。

开设该课程，就是要让学生了解大规模专用集成电路fpga和cpld的结构，熟悉一种以上的硬件描述语言，掌握一种以上的开发工具的使用等，掌握电路原理图和pcb图的现代设计技术与方法，从而提高学生应用计算机对电子电路和高速智能化系统进行分析与设计的能力。

2.设计思路本课程坚持“以学生为中心”的原则，以项目任务驱动的方式，采取理论知识与案例相结合的方式授课，提高学生的学习主动性。

通过必要的理论知识讲授、大量的实践训练和案例分析，培养学生的动手设计和实践能力，掌握eda开发的整个流程和基本技巧。

课程采用演示讲授和实践相结合，边讲边练的方法，让学生切身体会并掌握eda开发产品的流程和方法。

本课程集中2周时间开设，注重实践性，边讲边练，让学生切身体会并掌握eda开发技术。

3.实践要求（1）纪律和安全要求①不得将食物带入实验室，每次实训后请将使用后的废弃物带走。

违反者每次扣罚平时分2分。

②实训期间不得做与实训无关的其他事情，不得大声喧哗或做其他影响实训正常进行的事宜。

违反者每次扣罚平时分2分。

③实训期间，若学生有事不能正常参加实训，须提前以书面形式请假，并按指导教师的安排补做实训。

未经指导教师许可，学生不得任意调换实训时间和实训地点。

违反者每次扣罚平时分4分。

④学生不得以任何理由替代他人进行实训，违者直接取消实训成绩。

⑤学生除操作自己所分配的计算机外，不得操作实验室内其他任何设备。

违者每次扣罚平时分2分。

（2）业务要求实训所使用的软件protel和quartus ii，所有数据均通过服务器中转以及储存在服务器上，所以重启自己所用的电脑不会造成数据丢失。

统。
05
数字系统的测试与验证
测试策略与技术
单元测试
对数字系统的各个模块进行独立测试，确保 每个模块的功能正常。
系统测试
对整个数字系统进行测试，确保系统满足设 计要求和功能需求。
集成测试
将各个模块组合在一起进行测试，确保模块 之间的接口正常工作。
验收测试
在数字系统交付之前，对系统进行全面测试， 确保系统能够满足用户需求。
案例分析：数字钟的设计需要高精度的计时和稳定的时钟源。石英晶体振荡器的选择对数字钟的准确性 和稳定性至关重要。此外，数字钟还需要考虑功耗和尺寸，以便于在各种应用场景中实现。
案例三：数字信号处理系统的设计
01
总结词：高效灵活
02
详细描述：数字信号处理系统是一种用于处理和分析信号 的数字系统。它通常由输入预处理电路、数字信号处理器 和输出后处理电路组成。数字信号处理器执行信号的滤波 、频谱分析、去噪等处理操作。
数字系统的发展历程
电子管时代
20世纪初，电子管作为数字系统的基 本元件，实现了计算机的初步发展。
02
晶体管时代
20世纪50年代，晶体管取代电子管成 为数字系统的基本元件，推动了计算 机小型化、便携化的发展。
01
互联网时代
21世纪初，互联网技术的普及和发展， 使得数字系统在信息传输和处理方面 发挥着越来越重要的作用。
03
的计数器用于控制指令的执行顺序。
存储器
存储器是数字系统中用于存储大量二进制数据的元件。
存储器由多个存储单元组成，每个存储单元可以存储一个二进制位。
存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等类型，在计算 机和其他数字系统中有着广泛的应用，如计算机的内存和硬盘等。

32 32 16 32 16 16 32 32 32 16 16 32 16 16
1 1 0.5 1 0.5 0.5 1 1 1 0.5 0.5 1 0.5 0.5
课程内容：选取《鉴宝》节目的经典视频，使同学们了解文物常识以及文物鉴赏知 识和方法。 主要介绍篮球和乒乓球的应用技巧，在实际中的应用锻炼，把能打球，变为会打球， 懂打球，知道理论知识的行家体育健将。 本课程的目的是提高学生的口头表达能力，丰富学生的学习生活，介绍演讲与口才 的技巧和方法等。 主要介绍常见病尤其是学校常见病的诊断与预防、治疗常识等内容。 用当代视角回望二战，用人文视角关注人物。 用科学探究的精神探求十大未解之谜。 了解著名人物的成功背后的故事。 系统讲解了中国传统文化与做人做事的道理，穿插历史经典故事讲了孝、悌、忠、 义、礼、仪 、廉、耻八德 ，对当代大学生是良好的素质教育。 介绍 Photoshop 基本理论及实际应用——主要介绍数码照片修饰。 人们的生活离不开花卉，通过该课程的学习将使学生的精神文化生活更上一层楼。 旨在让学生了解孙子兵法与三十六计的智慧，对中国传统文化有全新的认识与理 解。 围绕部队中心工作,宣传军队和国防建设的重大典型、重要事件。以独特的视角关 注军营,以发现的态度记录军营,探索军营。 本课程系统的介绍摄影艺术的基本知识和一般原理，在照相器材使用、摄影构图、 黑白摄影、彩色摄影、人像摄影、数码摄影等方面进行较为深入的分析与讨论。 旨在培养学生正确使用英语为外国游客服务，具有用流利的口语向外国游客介绍我 国灿烂的文化和丰富多彩的民风民俗以及从事旅游服务交际的能力。 主要讲述 flash 动画的设计与制作，通过具体实例制作步骤的分析，对 flash 的一 些重要功能进行介绍，使学生在较短的时间内迅速了解 flash 的基本使用方法和技巧， 会制作简单动画。 主要讲解计算机二级考试中的 vb 程序原理，帮助你计算机顺利晋级。 主要讲述了一些基本的焊接技术,技巧与注意事项,焊接的全过程和焊接的工艺的 特性 介绍 PC 机的选购与维护,帮助学生使用电脑不求人。

16
（三）通信网络的分类 1、网络的拓扑结构： 1）、点——点式信道网络 环型结构
星形结构 树形结构 图2 点——点信道网络的拓扑结构
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2）共享信道网络
总线式 卫星无线电式
图3 共享信道网络的拓扑结构
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2、局域网（LAN，Local Area Network） 局域网的特点： 1）有限的地理范围（10km） 2）通信速度高 3）为单个组织所拥有 4）价格低廉 5）便于安装、维护，可靠性高 3、城域网(MAN，Metropolitan Area Network) 4、广域网(WAN，Wide Area Network) 所谓广域网是能够将地理位置相距较远的多个计 算机系统通过电缆线或人造卫星联接起来实现数据通信 的计算机网络，也可说是将各地局域网互联而形成的跨 地区的大型网络. 常用的广域网技术有： 数字程控交换机 分组交换公共数据网 19
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Internet的基本功能： 1、通信交流（电子邮件E-mail、网上专题组 或新闻组BBS、网上会谈chatting）。 2、远程主权登录 3、信息检索 4、WWW多媒体信息服务 5、网络在线服务（实时或非实时的交互式服 务系ntranet称为内部网，是将Internet技术应用于企业 或组织内部信息网络的产物。Intranet成为管理信息 系统的一个十分重要的技术基础和发展趋势。 （一）Intranet对MIS建设的影响 Intranet内部网只是一个基础设施，在它上面需要 建设MIS以支持企业生产经营管理。 传统MIS的主要问题： 封闭单项系统； 用户界面风格不一，只适应专门人员使用； 信息没有作为一种资源被广泛使用； MIS不能随管理新要求与计算机、网络技术的发展 而方便的扩充、修改和升级。
（二）支持软件开发组织的硬件环境 1、大型共享系统 中央计算机（中心数据库），一般为大型机或小 型机。 2、个人微机处理系统 通常由主机、输入设备、输出设备和辅助存贮设 备等几部分组成。 3、计算机网络 主计算机： 终端：直接面向用户 通信处理机：结点机或前端机，位于主机和通 信线路单元之间，负责通信控制和通信处理工作。 通信设备：即数据传输设备，包括集中器、信 号变换器和多路复用器等。 4

同步和异步单元处理技术
--同步单元处理技术
同步系统中，时钟信号需要被分配到数以万计的分布于系统各个 地方的存储寄存器中，因此系统中很大一部分的面积以及耗散的 电能都被用于时钟分配网络—并不参与实际的计算功能的电路。
同步系统的可靠性依赖于对于系统时延要求（包括组合逻辑以及 由电路互联线产生）的正确估计，如果系统不能满足时延要求， 将造成系统的不稳定甚至是不可用。
希望系统的时钟周期尽可能短，这样在固定的时间内运算逻辑电 路可以进行更多次的运算;
需要保证时钟定义的时间窗足够长以保证组合逻辑的输出信号都 能在当前时钟周期结束前以及下一个时钟周期开始前到达目标寄 存器。
同步和异步单元处理技术
--同步单元处理技术
同步系统具有以下的优点使得它成为数字集成电路系统的 首选：
同步和异步单元处理技术
--同步单元处理技术
综上所述，因此同步电路的设计应遵循以下准则：
尽量在设计中使用单时钟，且走全局时钟网络。
在单时钟设计中，很容易就将整个设计同步于驱动时钟，使设计得到简化。 全局时钟网络的时钟是性能最优，最便于预测的时钟，具有最强的驱动能
力，不仅能保证驱动每个寄存器，且时钟漂移可以忽略。 在多时钟应用中，要做到局部时钟同步。 在实际工程中，应将时钟信号和复位信号通过FPGA芯片的专用全局时钟
数据变化
dat
a_dat b_dat a_dat
>
>
a_clk
b_clk
b_dat
亚稳态
数字系统高级设计技术
同步和异步单元处理技术 --同步单元处理技术
FPGA内部由大量的电路单元组成，但是这些单元通常都 是由有限的几种不同的逻辑单元或是逻辑门构成的。

本科生课程介绍课程名称中文英文讲课对象适用专业课程简介Introduct ion 讲课教师高工课程名称中文英文讲课对象适用专业课程简介全校选修+计辅本课程是计算机科学与技术系为全校本科生开设的一门重要的计算机专业基础课，目的是培养学生的软件力。

本课程以软件生命周期的主要活动为主线，从软件及软件工程的历史和发展、软件开发过程、需求分析、软件维护、软件项目管理、标准及规范等方面全面介绍软件工程的基本理论、方法、技术和工具。

使用教材Software Engineering Ian Summerville参考书Software Engineering: A Practitioner’s Approach, Roger S. PressmanSoftware Engineering: Theory and Practice, Shari, Lawrence Pfleeger徐玉华（1）承担全校计算机辅助设计技术基础课教学课号： 00240033 学分: 3 课程属性：全校任选 开课学期: 秋季软件工程书名作者This course focuses on the basic concepts,principles,algorithms and applicationsdesign(CAD),it mainly consists of the following topics:software and hardware system of Ctransformations,line clipping,raster display of 2D graphics,curves and surfaces,soldimensional transformations,three-dimensional viewing,visible-surface determination,models,and introductions to AutoCAD,3DMAX 5.0and OpenGL.It is an ideal choice for slearn the rudiments of this dynamic and exciting CAD technology.姓 名职称 主要教学和科研领域孙延奎副教授主要教学领域：（1）承担全校计算机辅助设计技术基础课教学；（2）析及其应用课教学；主要研究领域：小波分析及其应用，科学计算可视化，计算机图形学，。

第一章可编程控制器概况可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。

与个人计算机的PC相区别，用PLC 表示。

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。

国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。

用户程序由用户按控制要求设计。

第二章PLC的结构及基本配置一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。

但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。

对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。

无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。

PLC的基本结构框图如下：一、CPU的构成PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

数字设计和计算机体系结构是计算机科学与技术中的重要领域，它涵盖了计算机硬件和软件的方方面面。

本文将从ARM版数字设计和计算机体系结构第二版的角度出发，对数字设计和计算机体系结构进行深入分析和阐述。

一、数字设计的基本概念数字设计是指利用数字电路设计技术对数字信息进行处理和传输的过程。

数字设计的基本概念包括数字系统、数字逻辑、数字信号处理等，其中数字系统是数字设计的基础，它包括数字计算机、数字信号处理器、数字通信系统等。

数字逻辑是数字设计的核心内容，它涉及数字逻辑门、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。

数字信号处理是数字设计的重要应用领域，它包括数字滤波器、数字变换器、数字控制器等。

数字设计的基本概念对于理解计算机体系结构和进行数字系统设计具有重要意义。

二、计算机体系结构的基本原理计算机体系结构是计算机硬件系统的设计和实现原则，它包括计算机的组成和工作原理、指令系统和指令执行、存储器系统和输入输出系统等。

计算机的组成和工作原理是计算机体系结构的基础，它涉及计算机的各个部件及其功能和相互关系。

指令系统和指令执行是计算机体系结构的核心内容，它包括指令的格式和编码、指令的执行和中断处理、指令的流水线和并行处理等。

存储器系统和输入输出系统是计算机体系结构的重要组成部分，它包括主存储器、辅助存储器、输入输出接口等。

计算机体系结构的基本原理对于理解计算机工作原理和进行计算机系统设计具有重要意义。

三、ARM版数字设计和计算机体系结构的特点ARM(Advanced RISC Machine)是一种精简指令集(RISC)的微处理器架构，它具有低功耗、高性能和灵活性等特点，广泛应用于移动通信、嵌入式系统和消费类电子产品等领域。

ARM版数字设计和计算机体系结构具有以下特点：（一）RISC架构ARM处理器采用精简指令集(RISC)的架构，它具有指令精简、执行效率高、硬件复杂度低的特点。

RISC架构的特点使得ARM处理器具有较高的性能和较低的功耗，适合于嵌入式系统和移动通信设备等领域的应用。

软件设计师教程目录目录第1章计算机系统知识 1.1 计算机系统基础知识1.1.1计算机系统硬件基本组成 1.1.2中央处理单元1.1.3 数据表示 1.1.4校验码 1.2计算机体系结构1.2.1计算机体系结构的发展 1.2.2存储系统1.2.3输入输出技术 1.2.4总线结构 1.3安全性、可靠性与系统性能评测基础知识 1.3.1计算机安全概述1.3.2加密技术和认证技术 1.3.3计算机可靠性 1 3.4计算机系统的性能评价第2章程序语言基础知识2.1程序语言概述 2.1.1程序语言的基本概念2.1.2程序语言的基本成分 2.2语言处理程序基础2.2.1汇编程序基本原理 2.2.2编译程序基本原理2.2.3解释程序基本原理第3章操作系统知识3.1操作系统基础知识 3.1.1操作系统的定义与作用3.1.2操作系统的特征与功能 3.1.3操作系统的类型3.2处理机管理 3.2.1基本概念 3.2.2进程的控制 3.2.3进程间的通信 3.2.4管程 3.2.5进程调度 3.2.6死锁 3.2.7线程 3.3存储管理3.3.1基本概念 3.3.2存储管理方案 3.3.3分页存储管理 3.3.4分段存储管理 3.3.5段页式存储管理 3.3.6虚拟存储管理 3.4设备管理 3.4.1设备管理概述 3.4.2软件 3.4.3设备管理采用的相关缓冲技术 3.4.4磁盘调度 3.5 文件管理 3.5.1文件与文件系统 3.5.2文件的结构和组织 3.5.3文件目录 3.5.4存取方法和存储空间的管理 3.5.5文件的使用 3.5.6文件的共享和保护 3.5.7系统的安全与可靠性 3.6作业管理 3.6.1作业与作业控制 3.6.2作业调度 3.6.3用户界面 3.7网络与嵌入式操作系统基础知识 3.7.1网络操作系统3.7.2嵌入式操作系统 3.8UNIX操作系统实例 3.8.1 UNIX操作系统 3.8.2UNIX文件系统 3.8.3UNIX 进程与存储管理 3.8.4UNIX设备管理 3.8.5shell 程序第4章系统开发和运行知识4.1软件工程基础知识 4.1.1软件工程概述 4.1.2软件需求分析4.1.3软件开发项目管理 4.1.4软件配置管理4.1.5软件工具与软件开发环境 4.1.6软件过程管理4.1.7软件质量管理与质量保证 4.2系统分析基础知识4.2.1系统分析概述 4.2.2结构化分析方法 4.2.3系统分析报告 4.3系统设计知识 4.3.1 系统设计的内容和步骤 4.3.2系统设计的基本原理 4.3.3 系统总体结构设计 4.3.4结构化设计方法 4.3.5面向数据结构的设计方法 4.3.6系统详细设计4.4系统实施知识 4.4.1系统实旌概述 4.4.2程序设计4.4.3系统测试与调试 4.4.4测试策略和测试方法4.4.5调试 4.4.6系统文档 4.4.7系统转换 4.5系统运行和维护知识 4.5.1系统维护概述 4.5.2系统评价第5章网络基础知识 5.1 网络概述 5.1.1 计算机网络的概念 5.1.2计算机网络的分类 5.1.3网络的拓扑结构 5.2IS0／OSl网络体系结构 5.3网络互连硬件 5.3.1 网络的设备 5.3.2网络的传输介质5.3.3 组建网络 5.4网络的协议与标准 5.4.1网络的标准 5.4.2局域网协议 5.4.3广域网协议5.4.4TCP／IP协议簇 5.5Internet及应用 5.5.1 Intemet概述 5.5.2Internet地址 5.5.3Internet服务5.6网络安全 5.6.1 网络安全概述 5.6.2网络的信息安全 5.6.3防火墙技术第6章多媒体基础知识6.1 多媒体的基本概念 6.1.1多媒体基本概念 6.1.2虚拟现实基本概念 6.2 声音 6.2.1 基本概念 6.2.2声音文件格式 6.3 图形和图像 6.3.1基础知识6.3.2 图形、图像文件格式 6.4动画和视频 6.4.1基础知识 6.4.2视频文件格式 6.5多媒体网络6.5.1超文本与超媒体 6.5.2流媒体 6.6多媒体计算机系统 6.6.1多媒体计算机硬件系统 6.6.2多媒体计算机软件系统第7章数据库技术基础7.1基本概念7.1.1数据库与数据库管理系统7.1.2DBMS 的功能7.1.3DBMS的特征及分类7.1.4数据库系统的体系结构7.1.5数据库的三级模式结构7.2数据模型7.2.1数据模型的基本概念7.2.2数据模型的三要素7.2.3 E.R模型7.2.4层次模型7.2.5网状模型7.2.6关系模型7.2.7面向对象模型7.3关系代数7.3.1关系数据库的基本概念7.3.2五种基本的关系代数运算7.3.3扩展的关系代数运算7.4关系数据库SQL语言简介7.4.1SQL数据库体系结构7.4.2SQL的基本组成7.4.3SQL数据定义7.4.4SQL数据查询7.4.5SQL数据更新7.4.6SQL访问控制7.4.7嵌入式SQL7.5关系数据库规范化7.5.1 函数依赖7.5.2规范化7.5.3模式分解及分解应具有的特性7.6数据库的控制功能7.6.1事务管理7.6.2数据库的备份与恢复7.6.3 并发控制第8章数据结构8.1 线性结构8.1.1线性表8.1.2栈和队列8.1.3串8.2数组、矩阵和广义表8.2.1 数组8.2.2矩阵8.2.3广义表8.3树8.3.1树与二叉树的定义8.3.2二叉树的性质与存储结构8.3.3二叉树的遍历8.3.4线索二叉树8.3.5最优二叉树8.3.6树和森林8.4图8.4.1图的定义与存储8.4.2图的遍历8.4.3生成树及最小生成树8.4.4拓扑排序和关键路径8.4.5最短路径8.5 查找8.5.1查找的基本概念8.5.2静态查找表的查找方法8.5.3动态查找表8.5.4哈希表8.6排序8.6.1排序的基本概念8.6.2简单排序8.6.3希尔排序8.6.4快速排序8.6.5堆排序8.6.6归并排序8.6.7基数排序8.6.8 内部排序方法小结8.6.9外部排序第9章算法设计与分析9.1 算法设计与分析的基本概念9.1.1 算法9.1.2算法设计9.1.3算法分析9.1.4算法的表示9.2算法分析基础9.2.1时间复杂性9.2.2渐进符号9.2.3递归式9.3 分治法9.3.1递归的概念9.3.2分治法的基本思想9.3.3 分治法的典型实例9.4动态规划法9.4.1动态规划法的基本思想9.4.2动态规划法的典型实例9.5贪心法9.5.1贪心法的基本思想9.5.2贪心法的典型实例9.6回溯法9.6.1 回溯法的算法框架9.6.2回溯法的典型实例9.7分支限界法9.8概率算法9.9近似算法9.10NP完全性理论第10章面向对象技术10.1面向对象的基本概念10.2面向对象程序设计10.2.1面向对象的好处10.2.2面向对象程序设计语言10.2.3程序设计语言中的OOP机制10.2.4面向对象的程序10.3面向对象开发技术10.3.1面向对象分析10.3.2面向对象设计10.3.3面向对象测试10.4面向对象分析与设计方法10.4.1Peter Coad和Edward Yourdon的OOA和OOD方法10.4.2Booch的OOD方法10.4.30MT方法10.4.4UML概述10.5设计模式10.5.1设计模式的要素10.5.2创建型设计模式10.53结构型设计模式10.5.4行为设计模式第11章标准化和软件知识产权基础知识11.1标准化基础知识11.1.1标准化的基本概念11.1.2信息技术标准化11.1.3标准化组织11.1.4IS0 9000标准简介11.1.5IS0／IEC 15504过程评估标准简介11.2知识产权基础知识11.2.1 知识产权基本概念11.2.2计算机软件著作权11.2.3计算机软件的商业秘密权11.2.4专利权概述11.2.5企业知识产权的保护第12章软件系统分析与设计12.1结构化分析与设计12.1.1 需求说明12.1.2结构化分析12.1.3总体设计12.1.4详细设计12.2数据库分析与设计12.2.1 数据库设计的步骤12.2.2需求分析12.2.3概念结构设计12.2.4逻辑结构设计12.2.5数据库的物理设计12.2.6数据库实施与维护12.2.7案例分析12.3面向对象分析与设计12.3.1面向对象分析与设计的步骤12.3.2需求说明12.3.3建模用例12.3.4建模活动12.3.5设计类图12.3.6建模对象状态12.3.7建模序列图12.4算法分析与设计12.4.1算法与软件系统12.4.2算法设计过程12.4.3算法问题类型12.4.4现代优化计算方法12.5面向过程的程序设计与实现12.5.1 指针类型12.5.2指针与数据结构12.5.3C语言实现面向对象设计思路12.6面向对象的程序设计与实现12.6.1设计与实现方法12.6. 2设计模式的应用。

数字技术工程师初级教材
《数字技术工程师初级教材》是一本专门针对数字技术领域初学者的教材，主要内容包括以下几个方面：
1. 数字电路基础知识：介绍数字电路的概念、逻辑门、编码器、解码器、时序电路等基本知识。

2. 计算机组成原理：介绍计算机系统的组成、存储器、输入输出设备、中央处理器等主要组成部分。

3. 数字信号处理：介绍数字信号的离散化、滤波、变换等基本概念和方法。

4. 半导体器件：介绍半导体材料、二极管、场效应管、晶体管等基本器件的原理和应用。

5. 数字系统设计：介绍数字系统的设计流程、硬件描述语言、FPGA、ASIC等设计工具和技术。

本教材内容全面、系统性强，适合数字技术领域初学者入门使用。

同时，本教材也适合广大工程师和技术人员参考使用，提高自己在数字技术领域的技能和实践能力。

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