數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計, 但是隨著計算機技術(shù)、超大規(guī)模集成電路（CPLD、FPGA）的發(fā)展和硬件描述語言（HDL, Hardware Description Language）的出現(xiàn)，軟、硬件設(shè)計之間的界限被打破，數(shù)字系統(tǒng)的硬件設(shè)計可以完全用軟件來實現(xiàn)，只要掌握了HDL語言就可以設(shè)計出各種各樣的數(shù)字邏輯電路。
1.1  老的硬件設(shè)計方法
老的硬件設(shè)計方法有如下幾個特征：
（1）         采用自下而上的設(shè)計方法
    使用該方法進(jìn)行硬件設(shè)計是從選擇具體元器件開始，并用這些元器件進(jìn)行邏輯電路設(shè)計，從而完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計，然后再將各功能模塊連接起來，完成整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計，
（2）         采用通用邏輯元器件

通常采用74系列和CMOS4000系列的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計

（3）         在系統(tǒng)硬件設(shè)計的后期進(jìn)行調(diào)試和仿真

只有在部分或全部硬件電路連接完畢，才可以進(jìn)行電路調(diào)試，一旦考慮不周到，系統(tǒng)設(shè)計存在較大缺陷，則要重新設(shè)計，使設(shè)計周期延長。

（4）         設(shè)計結(jié)果是一張電路圖

當(dāng)設(shè)計調(diào)試完畢后，形成電原理圖，該圖包括元器件型號和信號之間的互連關(guān)系等等。

    老的硬件設(shè)計方法已經(jīng)使用了幾十年，是廣大電子工程師熟悉和掌握的一種方法，但是現(xiàn)在這種方法老了，不僅方法老了，就連使用的元器件也老了。

1.2  使用HTL的硬件設(shè)計方法

    所謂硬件描述語言，就是利用一種人和計算機都能識別的語言來描述硬件電路的功能，信號連接關(guān)系及定時關(guān)系，它可以比電原理圖更能表示硬件電路的特性。

該方法有如下特征：

（1）         支持自頂向下的設(shè)計方法

    所謂自頂向下的設(shè)計方法就是從系統(tǒng)的總體要求出發(fā)，自頂向下分三個層次對系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計。

    第一個層次是行為描述，所謂行為描述，實際就是對整個系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的描述，在行為描述階段，并不真正考慮其實際操作和算法怎么實現(xiàn)，而是考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過程是否能達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計規(guī)格書的要求。

    第二個層次是數(shù)據(jù)流描述，又稱為寄存器描述或RTL方式描述，該描述比行為描述更注重硬件的具體實現(xiàn)，通過該描述可以導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯表達(dá)式，為邏輯綜合作準(zhǔn)備，當(dāng)然進(jìn)行邏輯綜合和邏輯綜合工具的能力有關(guān)，當(dāng)然設(shè)計人員還必須了解邏輯綜合工具的說明和規(guī)定，

    第三個層次為邏輯綜合。該層次把RTL描述的程序轉(zhuǎn)換成基本邏輯元件表示的文件，該文件就象老的設(shè)計方法中的電原理圖。

（2）         采用大量的ASIC芯片

（3）         早期仿真以確定系統(tǒng)的可行性

（4）         使設(shè)計更容易

只需寫出系統(tǒng)的HDL源程序文件，其它由計算機去做

（5）         全部設(shè)計文件就是HDL源程序文件

1.1 VHTL硬件設(shè)計語言

    當(dāng)前ASIC制造商都自己開發(fā)了HDL語言，但是都不通用，只有美國國防部開發(fā)的VHDL語言成為了IEEE. STD_1076標(biāo)準(zhǔn)，并在全世界得到了承認(rèn)。

該語言集成了各種HDL語言的優(yōu)點，使數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計更加簡單和容易。VHDL語言是一個規(guī)模龐大的語言,在使用它之前完全學(xué)會它是很難的,本書介紹的只是VHDL語言的一部分。 

1.2 VHDL語言的基本結(jié)構(gòu)

VHDL語言通常包含實體(Entity)，構(gòu)造體(Architecture)，配置(Configuration)，包集合(Package)，和庫(Library)五部分.其中實體用于描述所設(shè)計的系統(tǒng)的外部接口信號；構(gòu)造體用于描述系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和行為；建立輸入和輸出之間的關(guān)系；配置語句安裝具體元件到實體—結(jié)構(gòu)體對，可以被看作是設(shè)計的零件清單；包集合存放各個設(shè)計模塊共享的數(shù)據(jù)類型、常數(shù)和子程序等；庫是專門存放預(yù)編譯程序包的地方。如下詳細(xì)介紹。