《计算机组成与体系结构（原书第4版）》 —3.7　电路设计

3.7　电路设计

在前面的章节中，介绍了许多不同的计算机系统组件。但我们无法罗列出帮助读者开始设计电路或系统的全部知识细节。数字逻辑设计要求我们不仅熟悉数字逻辑，也要精通数字分析（分析输入和输出之间的关系）、数字综合（从真值表开始并确定逻辑图以实现给定的逻辑功能）和使用计算机辅助设计（CAD）软件。回想以前的讨论可知，在设计电路时需要非常小心以确保它们最小化。电路设计者面临许多问题，包括找到有效的布尔函数，使用最少数量的逻辑门，使用廉价的逻辑门组合，使表面积最小以组织电路板的逻辑门和最小功率的要求，并尝试使用一组标准的模块来实现所有这一切。还有许多这里没有讨论的问题，如信号传播、扇出、同步问题和外部接口，你可以看到数字电路的设计相当复杂。

到目前为止，本章已经讨论了如何设计寄存器、计数器、存储器和各种其他数字构建块。给定这些组件，电路设计者可以在硬件中实现任何给定的算法（回顾第1章中的硬件和软件的等价原则）。在编写程序时，要指定一系列布尔表达式。通常，编写程序比设计硬件来实现算法要容易得多。但是，在有些情况下硬件实现更好（如在实时系统中，硬件实现速度更快，速度快一定更好）。但是，也有软件实现更好的情况。这通常是用单个编程式微计算机芯片替换大量数字组件，从而产生嵌入式系统。微波炉和汽车最可能包含嵌入式系统。这样做是为了替换可能会出现机械问题的硬件。对这些嵌入式系统编程需要所设计的软件能够读取输入变量和发送输出信号，以执行诸如打开或关闭灯、发出蜂鸣声、发出警报或打开门等任务。编写这种软件需要理解布尔函数的行为。