ix
Since the fourth edition of  Digital Design the commercial availability of devices using 
digital technology to receive, manipulate, and transmit information seems to have 
exploded. Cell phones and handheld devices of various kinds offer new, competing 
features almost daily. Underneath the attractive graphical user interface of all of these 
devices sits a digital system that processes data in a binary format. The theoretical 
foundations of these systems have not changed much; indeed, one could argue that 
the stability of the core theory, coupled with modern design tools, has promoted the 
widespread response of manufacturers to the opportunities of the marketplace. Con-
sequently, our refinement of our text has been guided by the need to equip our grad-
uates with a solid understanding of digital machines and to introduce them to the 
methodology of modern design. 
This edition of  Digital Design  builds on the previous four editions, and the feedback 
of the team of reviewers who helped set a direction for our presentation. The focus of 
the text has been sharpened to more closely reflect the content of a foundation course 
in digital design and the mainstream technology of today’s digital systems: CMOS 
circuits. The intended audience is broad, embracing students of computer science, com-
puter engineering, and electrical engineering. The key elements that the book focuses 
include (1) Boolean logic, (2) logic gates used by designers, (3) synchronous finite state 
machines, and (4) datapath controller design—all from a perspective of designing dig-
ital systems. This focus led to elimination of material more suited for a course in elec-
tronics. So the reader will not find here content for asynchronous machines or 
descriptions of bipolar transistors. Additionally, the widespread availability of web‐
based ancillary material prompted us to limit our discussion of field programmable 
gate arrays (FPGAs) to an introduction of devices offered by only one manufacturer, 
rather than two. Today’s designers rely heavily on hardware description languages 
Preface 
How to change pdf to powerpoint on - C# Create PDF from PowerPoint Library to convert pptx, ppt to PDF in C#.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF
Online C# Tutorial for Creating PDF from Microsoft PowerPoint Presentation
how to convert pdf into powerpoint; how to convert pdf to powerpoint in
How to change pdf to powerpoint on - VB.NET Create PDF from PowerPoint Library to convert pptx, ppt to PDF in vb.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF
VB.NET Tutorial for Export PDF file from Microsoft Office PowerPoint
pdf to powerpoint converter; online pdf converter to powerpoint
   Preface
(HDLs), and this edition of the book gives greater attention to their use and presents 
what we think is a clear development of a design methodology using the Verilog HDL. 
MULTI‐MODAL LEARNING 
Digital Design  supports a multimodal approach to learning. The so‐called VARK char-
acterization of learning modalities identifies four major modes by which humans learn: 
(V) visual, (A) aural, (R) reading, and (K) kinesthetic. In hindsight, we note that the 
relatively high level of illustrations and graphical content of our text addresses the visual 
(V) component of VARK; discussions and numerous examples address the reading (R) 
component. Students who exploit the availability of free simulators to work assignments 
are led through a kinesthetic (K) learning experience, including the positive feedback 
and delight of designing a logic system that works. The remaining element of VARK, the 
aural/auditory (A) experience, is left to the instructor. We have provided an abundance 
of material and examples to support classroom lectures. Thus, a course in digital design, 
using  Digital Design can provide a rich, balanced learning experience and address all 
the modes identified by VARK. 
For those who might still question the presentation and use of HDLs in a first course 
in digital design, we note that industry has largely abandoned schematic‐based design 
entry, a style which emerged in the 1980s, during the nascent development of CAD tools 
for integrated circuit (IC) design. Schematic entry creates a representation of functional-
ity that is implicit in the layout of the schematic. Unfortunately, it is difficult for anyone 
in a reasonable amount of time to determine the functionality represented by the sche-
matic of a logic circuit without having been instrumental in its construction, or without 
having additional documentation expressing the design intent. Consequently, industry 
has migrated to HDLs (e.g., Verilog) to describe the functionality of a design and to serve 
as the basis for documenting, simulating, testing, and synthesizing the hardware imple-
mentation of the design in a standard cell‐based ASIC or an FPGA. The utility of a 
schematic depends on the careful, detailed documentation of a carefully constructed 
hierarchy of design modules. In the old paradigm, designers relied upon their years of 
experience to create a schematic of a circuit to implement functionality. In today’s design 
flow, designers using HDLs can express functionality directly and explicitly, without years 
of accumulated experience, and use synthesis tools to generate the schematic as a by‐
product, automatically. Industry practices arrived here because schematic entry dooms 
us to inefficiency, if not failure, in understanding and designing large, complex ICs. 
We note, again in this edition, that introducing HDLs in a first course in designing 
digital circuits is not intended to replace fundamental understanding of the building blocks 
of such circuits or to eliminate a discussion of manual methods of design. It is still essential 
for a student to understand  how hardware works . Thus, we retain a thorough treatment of 
combinational and sequential logic devices. Manual design practices are presented, and 
their results are compared with those obtained with a HDL‐based paradigm. What we are 
presenting, however, is an emphasis on  how hardware is designed to better prepare a 
student for a career in today’s industry, where HDL‐based design practices are dominant.  
Online Convert PowerPoint to PDF file. Best free online export
Online Powerpoint to PDF Converter. Download Free Trial. Then just wait until the conversion from Powerpoint to PDF is complete and download the file.
how to convert pdf to powerpoint slides; how to convert pdf to powerpoint
RasterEdge XDoc.PowerPoint for .NET - SDK for PowerPoint Document
Able to view and edit PowerPoint rapidly. Convert. Convert PowerPoint to PDF. Convert PowerPoint to HTML5. Convert PowerPoint to Tiff. Convert PowerPoint to Jpeg
convert pdf to powerpoint slide; pdf to ppt converter online for large
Preface    xi
FLEXIBILITY 
The sequence of topics in the text can accommodate courses that adhere to traditional, 
manual‐based, treatments of digital design, courses that treat design using an HDL, and 
courses that are in transition between or blend the two approaches. Because modern 
synthesis tools automatically perform logic minimization, Karnaugh maps and related 
topics in optimization can be presented at the beginning of a treatment of digital design, 
or they can be presented after circuits and their applications are examined and simulated 
with an HDL. The text includes both manual and HDL‐based design examples. Our end‐
of‐chapter problems further facilitate this flexibility by cross referencing problems that 
address a traditional manual design task with a companion problem that uses an HDL 
to accomplish the task. Additionally, we link the manual and HDL‐based approaches by 
presenting annotated results of simulations in the text, in answers to selected problems 
at the end of the text, and in the solutions manual.  
NEW TO THIS EDITION 
This edition of  Digital Design  uses the latest features of IEEE Standard 1364, but only 
insofar as they support our pedagogical objectives. The revisions and updates to the 
text include: 
• Elimination of specialized circuit‐level content not typically covered in a first 
course in logic circuits and digital design (e.g., RTL, DTL, and emitter‐coupled 
logic circuits)  
• Addition of “Web Search Topics” at the end of each chapter to point students to 
additional subject matter available on the web  
• Revision of approximately one‐third of the problems at the end of the chapters  
• A printed solution manual for entire text, including all new problems  
• Streamlining of the discussion of Karnaugh maps  
• Integration of treatment of basic CMOS technology with treatment of logic gates  
• Inclusion of an appendix introducing semiconductor technology    
DESIGN METHODLOGY 
This text presents a systematic methodology for designing a state machine to control 
the datapath of a digital system. Moreover, the framework in which this material is pre-
sented treats the realistic situation in which status signals from the datapath are used by 
the controller, i.e., the system has feedback. Thus, our treatment provides a foundation 
for designing complex and interactive digital systems. Although it is presented with an 
emphasis on HDL‐based design, the methodology is also applicable to manual‐based 
approaches to design.  
C# WinForms Viewer: Load, View, Convert, Annotate and Edit
to PDF; Convert PowerPoint to PDF; Convert Image to PDF; Convert Jpeg to PDF; Merge PDF Files; Split PDF Document; Remove Password from PDF; Change PDF Permission
converting pdf to powerpoint online; convert pdf to ppt online
How to C#: Overview of Using XDoc.PowerPoint
How to C#: Overview of Using XDoc.PowerPoint. Overview for How to Use XDoc.PowerPoint in C# .NET Programming Project. PowerPoint Conversion.
convert pdf to powerpoint slides; converting pdf to ppt online
xii    Preface
JUST ENOUGH HDL 
We present only those elements of the Verilog language that are matched to the level and 
scope of this text. Also, correct syntax does not guarantee that a model meets a functional 
specification or that it can be synthesized into physical hardware. So, we introduce stu-
dents to a disciplined use of industry‐based practices for writing models to ensure that a 
behavioral description can be synthesized into physical hardware, and that the behavior 
of the synthesized circuit will match that of the behavioral description. Failure to follow 
this discipline can lead to software race conditions in the HDL models of such machines, 
race conditions in the test bench used to verify them, and a mismatch between the results 
of simulating a behavioral model and its synthesized physical counterpart. Similarly, fail-
ure to abide by industry practices may lead to designs that simulate correctly, but which 
have hardware latches that are introduced into the design accidentally as a consequence 
of the modeling style used by the designer. The industry‐based methodology we present 
leads to race‐free and latch‐free designs. It is important that students learn and follow 
industry practices in using HDL models, independent of whether a student’s curriculum 
has access to synthesis tools.  
VERIFICATION 
In industry, significant effort is expended to verify that the functionality of a circuit is 
correct. Yet not much attention is given to verification in introductory texts on digital 
design, where the focus is on design itself, and testing is perhaps viewed as a secondary 
undertaking. Our experience is that this view can lead to premature “high‐fives” and 
declarations that “the circuit works beautifully.” Likewise, industry gains repeated returns 
on its investment in an HDL model by ensuring that it is readable, portable, and reusable. 
We demonstrate naming practices and the use of parameters to facilitate reusability and 
portability. We also provide test benches for all of the solutions and exercises to (1)verify 
the functionality of the circuit, (2) underscore the importance of thorough testing, and 
(3)introduce students to important concepts, such as self‐checking test benches. Advo-
cating and illustrating the development of a  test plan  to guide the development of a test 
bench, we introduce test plans, albeit simply, in the text and expand them in the solutions 
manual and in the answers to selected problems at the end of the text.  
HDL CONTENT 
We have ensured that all examples in the text and all answers in the solution manual 
conform to accepted industry practices for modeling digital hardware. As in the previ-
ous edition, HDL material is inserted in separate sections so that it can be covered or 
skipped as desired, does not diminish treatment of manual‐based design, and does not 
dictate the sequence of presentation. The treatment is at a level suitable for beginning 
students who are learning digital circuits and a HDL at the same time. The text prepares 
C# HTML5 Viewer: Load, View, Convert, Annotate and Edit PowerPoint
Such as load and view PowerPoint without Microsoft Office software installed, convert PowerPoint to PDF file, Tiff image and HTML file, as well as add
converting pdf to powerpoint; pdf page to powerpoint
VB.NET PowerPoint: Read, Edit and Process PPTX File
create image on desired PowerPoint slide, merge/split PowerPoint file, change the order of How to convert PowerPoint to PDF, render PowerPoint to SVG
how to convert pdf into powerpoint on; images from pdf to powerpoint
Preface    xiii
students to work on signficant independent design projects and to succeed in a later 
course in computer architecture and advanced digital design. 
Instructor Resources 
Instructors can download the following classroom‐ready resources from the publisher’s 
website for the text (www.pearsonhighered.com/mano): 
• Source code and test benches for all Verilog HDL examples in the test  
• All figures and tables in the text  
• Source code for all HDL models in the solutions manual       
•  A downloadable solutions manual with graphics suitable for classroom presentation  
HDL Simulators 
The Companion Website identifies web URLs to two simulators provided by Synapti-
CAD. The first simulator is  VeriLogger Pro a traditional Verilog simulator that can be 
used to simulate the HDL examples in the book and to verify the solutions of HDL 
problems. This simulator accepts the syntax of the IEEE‐1995 standard and will be 
useful to those who have legacy models. As an interactive simulator,  Verilogger Ex-
treme  accepts the syntax of IEEE‐2001 as well as IEEE‐1995, allowing the designer to 
simulate and analyze design ideas before a complete simulation model or schematic is 
available. This technology is particularly useful for students because they can quickly 
enter Boolean and  D  flip‐flop or latch input equations to check equivalency or to ex-
periment with flip‐flops and latch designs. Students can access the Companion Website 
at www.pearsonhighered.com/mano.  
Chapter Summary 
The following is a brief summary of the topics that are covered in each chapter. 
Chapter  1    presents the various binary systems suitable for representing information 
in digital systems. The binary number system is explained and binary codes are illus-
trated. Examples are given for addition and subtraction of signed binary numbers and 
decimal numbers in binary‐coded decimal (BCD) format. 
Chapter  2    introduces the basic postulates of Boolean algebra and shows the correla-
tion between Boolean expressions and their corresponding logic diagrams. All possible 
logic operations for two variables are investigated, and the most useful logic gates used 
in the design of digital systems are identified. This chapter also introduces basic CMOS 
logic gates. 
Chapter  3    covers the map method for simplifying Boolean expressions. The map 
method is also used to simplify digital circuits constructed with AND‐OR, NAND, or 
NOR gates. All other possible two‐level gate circuits are considered, and their method 
of implementation is explained. Verilog HDL is introduced together with simple exam-
ples of gate‐level models. 
VB.NET PDF Password Library: add, remove, edit PDF file password
Add password to PDF. Change PDF original password. Remove password from PDF. Set PDF security level. VB: Change and Update PDF Document Password.
convert pdf into powerpoint online; convert pdf to powerpoint
C# powerpoint - Convert PowerPoint to PDF in C#.NET
C# PowerPoint - Convert PowerPoint to PDF in C#.NET. Online C# Tutorial for Converting PowerPoint to PDF (.pdf) Document. PowerPoint to PDF Conversion Overview.
table from pdf to powerpoint; convert pdf to editable powerpoint online
xiv    Preface
Chapter  4    outlines the formal procedures for the analysis and design of combina-
tional circuits. Some basic components used in the design of digital systems, such as 
adders and code converters, are introduced as design examples. Frequently used digital 
logic functions such as parallel adders and subtractors, decoders, encoders, and multi-
plexers are explained, and their use in the design of combinational circuits is illustrated. 
HDL examples are given in gate‐level, dataflow, and behavioral models to show the 
alternative ways available for describing combinational circuits in Verilog HDL. The 
procedure for writing a simple test bench to provide stimulus to an HDL design is 
presented. 
Chapter  5    outlines the formal procedures for analyzing and designing clocked (syn-
chronous) sequential circuits. The gate structure of several types of flip‐flops is presented 
together with a discussion on the difference between level and edge triggering. Specific 
examples are used to show the derivation of the state table and state diagram when 
analyzing a sequential circuit. A number of design examples are presented with empha-
sis on sequential circuits that use D‐type flip‐flops. Behavioral modeling in Verilog HDL 
for sequential circuits is explained. HDL Examples are given to illustrate Mealy and 
Moore models of sequential circuits. 
Chapter  6    deals with various sequential circuit components such as registers, shift 
registers, and counters. These digital components are the basic building blocks from 
which more complex digital systems are constructed. HDL descriptions of shift registers 
and counter are presented. 
Chapter  7    deals with random access memory (RAM) and programmable logic 
devices. Memory decoding and error correction schemes are discussed. Combinational 
and sequential programmable devices such as ROMs, PLAs, PALs, CPLDs, and FPGAs 
are presented. 
Chapter  8    deals with the register transfer level (RTL) representation of digital sys-
tems. The algorithmic state machine (ASM) chart is introduced. A number of examples 
demonstrate the use of the ASM chart, ASMD chart, RTL representation, and HDL 
description in the design of digital systems. The design of a finite state machine to con-
trol a datapath is presented in detail, including the realistic situation in which status 
signals from the datapath are used by the state machine that controls it. This chapter is 
the most important chapter in the book as it provides the student with a systematic 
approach to more advanced design projects. 
Chapter  9    outlines experiments that can be performed in the laboratory with hard-
ware that is readily available commercially. The operation of the ICs used in the 
experiments is explained by referring to diagrams of similar components introduced 
in previous chapters. Each experiment is presented informally and the student is 
expected to design the circuit and formulate a procedure for checking its operation 
in the laboratory. The lab experiments can be used in a stand‐alone manner too and 
can be accomplished by a traditional approach, with a breadboard and TTL circuits, 
or with an HDL/synthesis approach using FPGAs. Today, software for synthesizing 
an HDL model and implementing a circuit with an FPGA is available at no cost from 
vendors of FPGAs, allowing students to conduct a significant amount of work in their 
personal environment before using prototyping boards and other resources in a lab. 
Preface    xv
Circuit boards for rapid prototyping circuits with FPGAs are available at a nominal 
cost, and typically include push buttons, switches, seven‐segment displays, LCDs, key-
pads, and other I/O devices. With these resources, students can work prescribed lab 
exercises or their own projects and get results immediately. 
Chapter  10    presents the standard graphic symbols for logic functions recommended 
by an ANSI/IEEE standard. These graphic symbols have been developed for small‐scale 
integration (SSI) and medium‐scale integration (MSI) components so that the user can 
recognize each function from the unique graphic symbol assigned. The chapter shows 
the standard graphic symbols of the ICs used in the laboratory experiments.    
ACKNOWLEDGMENTS 
We are grateful to the reviewers of  Digital Design 5e. Their expertise, careful reviews, 
and suggestions helped shape this edition. 
Dmitri Donetski, Stony Brook University  
Ali Amini, California State University, Northridge  
Mihaela Radu, Rose Hulman Institute of Technology  
Stephen J Kuyath, University of North Carolina, Charlotte  
Peter Pachowicz, George Mason University  
David Jeff Jackson, University of Alabama  
A. John Boye, University of Nebraska, Lincoln  
William H. Robinson, Vanderbilt University  
Dinesh Bhatia, University of Texas, Dallas    
We also wish to express our gratitude to the editorial and publication team at Prentice 
Hall/Pearson Education for supporting this edition of our text. We are grateful, too, for 
the ongoing support and encouragement of our wives, Sandra and Jerilynn. 
M. Morris Mano 
Emeritus Professor of Computer Engineering 
California State University, Los Angeles   
Michael D. Ciletti 
Emeritus Professor of Electrical and Computer Engineering 
University of Colorado at Colorado Springs      
This page intentionally left blank 
1
Chapter 1 
Digital Systems and Binary Numbers 
1.1    DIGITAL SYSTEMS 
Digital systems have such a prominent role in everyday life that we refer to the present 
technological period as the digital age. Digital systems are used in communication, busi-
ness transactions, traffic control, spacecraft guidance, medical treatment, weather mon-
itoring, the Internet, and many other commercial, industrial, and scientific enterprises. 
We have digital telephones, digital televisions, digital versatile discs, digital cameras, 
handheld devices, and, of course, digital computers. We enjoy music downloaded to our 
portable media player (e.g., iPod Touch™) and other handheld devices having high‐
resolution displays. These devices have graphical user interfaces (GUIs), which enable 
them to execute commands that appear to the user to be simple, but which, in fact, 
involve precise execution of a sequence of complex internal instructions. Most, if not all, 
of these devices have a special‐purpose digital computer embedded within them. The 
most striking property of the digital computer is its generality. It can follow a sequence 
of instructions, called a program, that operates on given data. The user can specify and 
change the program or the data according to the specific need. Because of this flexibil-
ity, general‐purpose digital computers can perform a variety of information‐processing 
tasks that range over a wide spectrum of applications. 
One characteristic of digital systems is their ability to represent and manipulate dis-
crete elements of information. Any set that is restricted to a finite number of elements 
contains discrete information. Examples of discrete sets are the 10 decimal digits, the 
26 letters of the alphabet, the 52 playing cards, and the 64 squares of a chessboard. Early 
digital computers were used for numeric computations. In this case, the discrete ele-
ments were the digits. From this application, the term digital computer emerged. Dis-
crete elements of information are represented in a digital system by physical quantities 
   Chapter 1  Digital Systems and Binary Numbers
called signals. Electrical signals such as voltages and currents are the most common. 
Electronic devices called transistors predominate in the circuitry that implements these 
signals. The signals in most present‐day electronic digital systems use just two discrete 
values and are therefore said to be binary. A binary digit, called a bit, has two values: 0 
and 1. Discrete elements of information are represented with groups of bits called binary 
codes. For example, the decimal digits 0 through 9 are represented in a digital system 
with a code of four bits (e.g., the number 7 is represented by 0111). How a pattern of 
bits is interpreted as a number depends on the code system in which it resides. To make 
this distinction, we could write (0111) 
2
to indicate that the pattern 0111 is to be inter-
preted in a binary system, and (0111) 
10
to indicate that the reference system is decimal. 
Then 0111 
2
= 7 
10
, which is not the same as 0111 
10
, or one hundred eleven. The subscript 
indicating the base for interpreting a pattern of bits will be used only when clarification 
is needed. Through various techniques, groups of bits can be made to represent discrete 
symbols, not necessarily numbers, which are then used to develop the system in a digital 
format. Thus, a digital system is a system that manipulates discrete elements of informa-
tion represented internally in binary form. In today’s technology, binary systems are most 
practical because, as we will see, they can be implemented with electronic components. 
Discrete quantities of information either emerge from the nature of the data being 
processed or may be quantized from a continuous process. On the one hand, a payroll 
schedule is an inherently discrete process that contains employee names, social security 
numbers, weekly salaries, income taxes, and so on. An employee’s paycheck is processed 
by means of discrete data values such as letters of the alphabet (names), digits (salary), 
and special symbols (such as $). On the other hand, a research scientist may observe a 
continuous process, but record only specific quantities in tabular form. The scientist is 
thus quantizing continuous data, making each number in his or her table a discrete 
quantity. In many cases, the quantization of a process can be performed automatically 
by an analog‐to‐digital converter, a device that forms a digital (discrete) representation 
of a analog (continuous) quantity. 
The general‐purpose digital computer is the best‐known example of a digital system. 
The major parts of a computer are a memory unit, a central processing unit, and input–
output units. The memory unit stores programs as well as input, output, and intermedi-
ate data. The central processing unit performs arithmetic and other data‐processing 
operations as specified by the program. The program and data prepared by a user are 
transferred into memory by means of an input device such as a keyboard. An output 
device, such as a printer, receives the results of the computations, and the printed results 
are presented to the user. A digital computer can accommodate many input and output 
devices. One very useful device is a communication unit that provides interaction with 
other users through the Internet. A digital computer is a powerful instrument that can 
perform not only arithmetic computations, but also logical operations. In addition, it can 
be programmed to make decisions based on internal and external conditions. 
There are fundamental reasons that commercial products are made with digital cir-
cuits. Like a digital computer, most digital devices are programmable. By changing the 
program in a programmable device, the same underlying hardware can be used for many 
different applications, thereby allowing its cost of development to be spread across a 
wider customer base. Dramatic cost reductions in digital devices have come about 
Documents you may be interested
Documents you may be interested