《数字逻辑与数字系统》教学大纲

1、数字逻辑与数字系统教学大纲一、使用说明（一）课程性质数字逻辑与数字系统是计算机科学与技术专业的一门专业基础课。（二）教学目的通过本课程的学习，可以使学生熟悉数制与编码,逻辑函数及其化简,集成逻辑部件,中大规模集成组合逻辑构件。掌握组合逻辑电路分析和设计，同步时序逻辑电路分析和设计，异步时序逻辑电路分析和设计；中规模集成时序逻辑电路分析和设计。了解可编程逻辑器件，数字系统设计，数字系统的基本算法与逻辑电路实现，VHDL语言描述数字系统。为专业课的学习打下坚实的基础。（三）教学时数本课程理论部分总授课时数为68课时。（四）教学方法理论联系实际，课堂讲授。（五）面向专业计算机科学与技术专业。二、教学

2、内容第一章 数制与编码（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生掌握数制的表示及转换，二进制数的算术运算,二进制码，原码、补码、反码。（二）教学内容模拟信号，数字信号，数制的表示及转换，二进制数的算术运算,二进制码，原码、补码、反码。重点与难点：数制，二进制码，逻辑运算，逻辑代数的基本定律和规则，逻辑函数的化简。第一节 进位计数制1、十进制数的表示2、二进制数的表示3、 其它进制数的表示第二节 数制转换1、二进制数与十进制数的转换2、二进制数与八进制数、十六进制数的转换第三节 带符号数的代码表示1、真值与机器数2、原码3、反码4、补码5、机器数的加、减运算6、十进制数的补数第四节 码制和字符的代

3、码表示1、码制2、可靠性编码3、字符代码（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数2课时。第二章 逻辑代数与逻辑函数（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生掌握逻辑代数的基本运算,逻辑代数的基本公式、定理及规则。逻辑函数表达式的形式与转换方法，逻辑函数的代数法及卡诺图法化简。（二）教学内容逻辑代数的基本运算、基本公式、定理及规则。逻辑函数表达式的形式与转换方法，逻辑函数的代数法及卡诺图法化简。重点与难点：逻辑代数的公式、定理及规则。逻辑函数表达式的形式与转换方法，逻辑函数化简。第一节 逻辑代数中的三种基本运算1、“与”逻辑运算及描述2、“或”逻辑运算及描述3、“非”逻辑运算及描述4、其它复合

4、逻辑运算及描述5、逻辑函数第二节 逻辑代数的基本公式、定理及重要规则1、逻辑代数的基本公式2、逻辑代数的基本定理3、逻辑代数的重要规则第三节 逻辑函数表达式的形式与转换方法1、逻辑函数表示方法2、逻辑函数表达式的基本形式3、逻辑函数的两种标准形式第四节 逻辑函数的代数法化简1、逻辑函数的最简形式2、常用的代数化简方法第五节 逻辑函数的卡诺图法化简1、逻辑函数的卡诺图表示法2、用卡诺图化简逻辑函数7、其他类型的TTL门电第六节 具有无关项的逻辑函数及其化简1、约束项、任意项和逻辑函数式中的无关项2、无关项在化简逻辑函数中的应用 （三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数8课时。第三章 集成逻辑

5、部件（一）教学目的与要求 使学生熟练掌握TTL门电路的基本工作原理及主要外部特性和参数,集电极开路门(OC)和三态门(ST)的逻辑功能和使用方法。了解CMOS集成逻辑门的主要特点。（二）教学内容TTL反相器，TTL与非门，集电极开路门，三态门。TTL非门电压传输特性，输入输出高低电平，开门电平，关门电平，延迟功耗积，传输延迟时间，扇入扇出系数，拉电流工作情况，灌电流工作情况。重点与难点：TTL反相器，TTL与非门，集电极开路门，三态门。TTL非门电压传输特性，开门电平，关门电平，扇入扇出系数，拉电流工作情况，灌电流工作情况。第一节 TTL与非门1、电路结构2、功能分析3、特性及主要参数第二节

6、其它类型的TTL与非门1、集电极开路门(OC门)2、三态门第三节 MOS集成逻辑门电路1、NMOS反相器及逻辑门2、CMOS反相器及逻辑门（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数4课时。第四章 组合逻辑电路（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生掌握组合逻辑电路的分析与设计，了解组合逻辑电路系统中竞争冒险现象及消除办法。（二）教学内容组合逻辑电路的分析与设计，竞争冒险现象及消除办法。重点与难点：组合逻辑电路的分析与设计。 第一节 逻辑函数的实现1、用“与非”门实现逻辑函数2、用“或非”门实现逻辑函数3、用“与或非”门实现逻辑函数4、用“异或”门实现逻辑函数第二节 组合逻辑电路的分析第三节

7、组合逻辑电路的设计1、组合逻辑电路设计工作的过程2、单输出组合逻辑电路的设计3、多输出组合逻辑电路的设计第四节 组合逻辑电路的竞争与冒险1、竞争与冒险的产生2、判别冒险3、消除冒险（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数4课时。第五章 中大规模集成组合逻辑构件（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生掌握组合逻辑器件编码器，译码器，数据选择器，加法器，数值比较器的主要特点及在逻辑设计中的应用，译码器和数据选择器的区别。（二）教学内容掌握编码器，译码器，数据选择器，加法器，数值比较器的特点及应用，译码器和数据选择器的区别。重点与难点：编码器，译码器，数据选择器，加法器，数值比较器的特点及应用，

8、译码器和数据选择器。第一节 编码器1、普通编码器的工作原理及应用2、优先编码器第二节 译码器1、译码器的概念2、变量译码器3、显示译码器第三节 数据选择器1、74LS153的逻辑电路、符号及功能2、数据选择器的应用第四节 数值比较器1、两个一位数值比较器的工作原理2、多位数值比较器第五节 检错编码及码组校验（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数6课时。第六章 集成触发器（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生掌握各种触发器的电路结构,工作原理及逻辑功能（二）教学内容掌握基本RS触发器,时钟RS触发器, 时钟D触发器, 时钟JK触发器, 时钟T触发器的电路结构,工作原理及逻辑功能。重点与难

9、点：基本RS触发器,时钟RS触发器, 时钟D触发器, 时钟JK触发器, 时钟T触发器的工作原理及逻辑功能。第一节 触发器的特点及分类1、触发器的基本特点2、触发器的分类3、时钟触发器的分类第二节 基本RS触发器1、电路结构与工作原理2、工作特性第三节 时钟RS触发器的结构、功能及其描述方法1、时钟RS触发器电路结构与工作特性2、时钟RS触发器的功能及其描述方法第四节 时钟D触发器的结构、功能及其描述方法1、电路结构与工作原理2、逻辑功能及其描述方法第五节 时钟JK触发器的结构、功能及其描述方法1、电路结构与工作原理2、逻辑功能及其描述方法第六节 时钟T触发器的结构、功能及其描述方法第七节 各种

10、触发器的比较1、各类触发器的逻辑符号比较2、各种功能触发器描述表达式的比较3、触发器的触发方式与结构分类总表（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数4课时。第七章 同步时序逻辑电路（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生掌握同步时序逻辑电路的分析方法和同步时序逻辑电路的设计方法。（二）教学内容熟悉同步时序逻辑电路的分析和同步时序逻辑电路的设计。重点与难点：熟悉同步时序逻辑电路的分析和同步时序逻辑电路的设计。第一节 同步时序逻辑电路的模型与描述方法1、同步时序逻辑电路的结构模型2、同步时序逻辑电路的描述方法第二节 同步时序逻辑电路的分析方法1、时序逻辑电路的分析步骤2、同步时序逻辑电路分析举

11、例第三节 同步时序逻辑电路的设计方法1、设计同步时序逻辑电路的一般步骤2、建立原始状态转换图和状态转换表3、原始状态化简4、状态编码第四节 同步时序逻辑电路的设计方法1、同步时序逻辑电路设计举例（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数8课时。第八章 异步时序逻辑电路（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生掌握脉冲异步时序逻辑电路的分析方法和脉冲异步时序逻辑电路的设计方法。了解电平异步时序逻辑电路的分析与设计方法。（二）教学内容异步时序逻辑电路的分析与设计。重点与难点：异步时序逻辑电路的分析与设计。第一节 脉冲异步时序逻辑电路的分析与设计方法1、脉冲异步时序逻辑电路的分析2、脉冲异步时序逻辑

12、电路的设计第二节 电平异步时序逻辑电路的分析与设计方法1、电平异步时序逻辑电路的分析方法2、电平异步时序逻辑电路的设计方法第三节 电平异步时序逻辑电路的竞争分析（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数6课时。第九章 中规模集成时序逻辑设计（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生掌握计数器的分析、设计及应用，寄存器的分析方法。（二）教学内容计数器的分析、设计及应用，寄存器的分析方法。重点与难点：计数器的分析、设计及应用，寄存器的分析方法。第一节 计数器1、计数器的分类2、集成计数器3、任意进制计数器的构成方法第二节 寄存器1、基本的寄存器2、集成移位寄存器3、移位型计数器第三节 计数器的应用

13、1、脉冲信号分配器2、序列信号发生器（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数6课时。第十章 可编程逻辑器件（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生掌握ROM的结构与工作原理,RAM的结构及扩展。了解可编程逻辑阵列（PLA）及通用阵列逻辑(GAL)。（二）教学内容ROM的结构与工作原理,RAM的结构及扩展。重点与难点：ROM的工作原理,RAM的结构及扩展。可编程逻辑阵列（PLA），通用阵列逻辑(GAL)。第一节 概述第二节 只读存储器（ROM）1、只读存储器的分类2、ROM的结构与工作原理3、ROM的应用第三节 随机读写存储器（RAM）1、RAM的结构2、RAM的存储元 3、地址译码方法第四

14、节 可编程逻辑阵列（PLA）1、FPLA的结构特点2、FPLA的应用第五节 通用阵列逻辑(GAL)1、GAL器件的基本逻辑结构2、输出逻辑宏单元的结构3、输出逻辑宏单元的工作模式（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数2课时。第十一章 数字系统设计概述（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生了解数字系统设计的模型、结构以及设计方法。（二）教学内容数字系统设计的模型、结构以及设计方法。重点与难点：数字系统设计方法。第一节 数字系统概述1、数字系统的基本模型与结构2、数字系统设计的方法第二节 用算法流程图描述数字系统1、算法流程图的符号与规则2、实例第三节 数字系统设计的基本过程（三）教学方法

15、与形式课堂讲授。（四）教学时数2课时。第十二章 数字系统基本算法与逻辑电路实现（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生了解数字系统的基本算法设计及对应的逻辑电路的实现方法。（二）教学内容常用的算法设计及数字处理单元电路设计过程和方法。重点与难点：常用的算法设计及数字处理单元电路设计过程和方法。第一节 算法设计概述1、算法设计中主要考虑的因素2、硬件结构对算法设计的影响第二节 几种常用的算法设计1、跟踪法2、归纳法3、划分法4、解析法5、综合法第三节 算法结构问题1、顺序算法结构2、并行算法结构 3、流水线操作算法结构第四节 数据处理单元电路的设计1、器件选择应考虑的因素2、设计数据处理单元的基

16、本方法和步骤3、数据处理单元设计实例第五节 控制器的基本结构与同步问题1、控制单元的基本结构2、系统的同步问题第六节 算法状态机图第七节 控制器的逻辑电路设计1、传统时序电路设计方法应用于控制器的设计中2、计数器应用于控制器的设计（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数6课时。第十三章 VHDL语言描述数字系统（一）教学目的与要求 通过本章学习使学生了解用VHDL语言描述硬件电路的基本方法。（二）教学内容VHDL的基本结构、基本对象、数据类型、运算符、顺序语句、并行语句、子程序引用、元器件配置以及用VHDL语言描述硬件电路的基本方法。重点与难点：VHDL的基本结构、基本对象、数据类型、运算

17、符、顺序语句、并行语句、子程序引用、元器件配置以及用VHDL语言描述硬件电路的基本方法。第一节 VHDL语言的基本结构1、实体描述2、结构体描述第二节 基本对象、数据类型以及运算符1、基本对象2、数据类型3、常数的表示方法4、运算符第三节 顺序语句1、变量与信号赋值语句2、IF语句 3、CASE语句4、LOOP语句第四节 并行语句1、并行信号赋值语句2、进程语句3、断言语句4、生成语句5、块语句第五节 子程序及其应用引用1、函数语句的定义与应用2、过程语句的定义与应用第六节 包集合与库1、包集合2、库第七节 元器件配置1、体内配置2、体外配置3、直接例化4、顶层配置第八节 VHDL基本逻辑电路设计实例1、组合逻辑电路的设计2、时序逻辑电路描述3、状态机的VHDL描述（三）教学方法与形式课堂讲授。（四）教学时数10课时。三、考核形式期末闭卷笔试与平时考核相结合，其中期末闭卷笔试成绩占70%，期中成绩占20%。作业和考勤占10%。四、教材选