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出版者:第1版 (2005年5月1日)

作者:盖吉斯基

出品人:

页数:337

译者:

出版时间:2005-5

价格:39.8

装帧:平装

isbn号码:9787302097457

丛书系列:

图书标签:

• 数字设计
• 数字电路
• 数字逻辑
• 计算机组成原理
• 数字系统设计
• FPGA
• Verilog
• VHDL
• 电子工程
• 信息技术
• 电路分析

深入理解现代计算的基石：逻辑电路与系统设计 图书名称：数字设计原理 简介： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实践导向的数字系统设计学习路径。数字电路作为现代计算机、通信设备乃至几乎所有电子产品的心脏，其设计原理的掌握是电子工程、计算机科学与信息技术领域专业人士的必备技能。本书不仅涵盖了从最基本的逻辑门到复杂处理器构建的理论基础，更强调了在实际工程中应用这些知识的能力。 第一部分：数字逻辑基础——构建世界的积木 本部分将数字系统的基石——布尔代数和逻辑门——进行系统性阐述。我们将从布尔代数的基本公理、定理入手，讲解如何利用它们简化复杂的逻辑表达式。这是理解所有后续数字电路行为的理论工具。 最小项与最大项、卡诺图（K-Map）与Quine-McCluskey方法：详细介绍了逻辑函数的标准形式，并重点讲解了卡诺图的绘制与化简技巧，这是手算简化组合逻辑电路的经典方法。对于更大型的函数，Quine-McCluskey算法作为系统化的代数化简工具也将被深入剖析。 组合逻辑电路设计：我们将聚焦于那些输出仅依赖于当前输入的电路。重点内容包括： 基本算术单元：全加器、半加器、多位加法器（如先行加法器原理）、减法器（采用二的补码表示法）的设计与实现。 数据选择器（Multiplexer, MUX）与译码器（Decoder）：讲解它们作为通用逻辑单元在实现任意逻辑函数中的强大作用，以及它们在数据路由中的应用。 编码器与优先编码器：如何将物理信号或状态转换为二进制代码，以及在资源受限或需要特定优先级处理场合的应用。 七段显示驱动器：一个贴近实际应用的实例，展示如何将二进制数转换为可显示数字的驱动逻辑。 第二部分：时序逻辑电路——引入“时间”的概念 时序逻辑电路的引入标志着系统开始具备“记忆”能力，是构建状态机和存储器的基础。 锁存器与触发器：从基本的SR锁存器（S-R Latch）开始，讨论其透明性问题，过渡到对时钟边沿敏感的D触发器（D Flip-Flop）、JK触发器和T触发器。详细分析了边沿触发的工作原理，以及建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）对电路可靠性的关键影响。 时序逻辑电路分析与设计： 寄存器与移位寄存器：讲解如何使用触发器阵列构建数据暂存单元，重点介绍串行输入/并行输出（SIPO）和并行输入/串行输出（PISO）等基本结构及其在数据转换中的应用。 计数器设计：从异步（Ripple）计数器到同步计数器的演进，详细讲解如何设计任意模（Mod-N）计数器，包括状态图、状态表和状态转移图的绘制与化简。 有限状态机（FSM）：这是数字系统控制逻辑的核心。我们将采用摩尔（Moore）模型和米利（Mealy）模型进行对比分析。重点讲解状态编码的优化方法（如Gray码编码），以减少所需的逻辑门数量和避免毛刺（Glitch）的产生。 第三部分：中等规模集成电路与可编程器件 本部分将理论设计与现代硬件实现技术结合起来。 标准逻辑家族与特性：深入探讨主流的集成电路逻辑家族，如TTL（Transistor-Transistor Logic）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）。分析其扇入（Fan-in）、扇出（Fan-out）、传播延迟、功耗和噪声容限等关键参数，指导读者选择最适合应用场景的逻辑系列。 可编程逻辑器件（PLD）概述：介绍PROM、PAL和GAL等早期的可编程器件，理解它们如何通过熔断保险丝或反熔丝来实现灵活的电路配置，为FPGA和CPLD的学习打下基础。 第四部分：数据处理与算术运算 本部分将目光投向数据在系统内部的高速处理单元。 数据表示与算术运算：系统复习定点数和浮点数（IEEE 754标准）的表示方法。重点分析加法器树（Carry-Lookahead Adder）和乘法器（如Booth算法的硬件实现）的设计，探讨如何优化速度和面积的平衡。 存储器结构与接口：解析静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的基本单元结构、读写操作时序，以及存储器扩展（地址译码与数据线扩展）。 总线与数据传输：介绍在多模块系统中，数据如何在不同单元之间高效、可靠地传输，包括总线仲裁和握手协议的基础概念。 第五部分：硬件描述语言（HDL）与现代设计流程 理论设计必须转化为实际的硬件，本部分是连接理论与现代EDA工具的关键桥梁。 VHDL/Verilog基础：本书将精选一种主流HDL（如Verilog），从基本语法开始，讲解如何使用行为级、数据流级和结构级描述来表达数字电路。重点在于“综合（Synthesis）”的思维方式，即如何编写代码才能被工具正确地映射到门级结构。 设计与验证流程：详细介绍从RTL（寄存器传输级）代码编写、功能仿真、综合、静态时序分析（STA）到最终的布局布线和比特流生成（针对FPGA）的完整设计流程。强调测试平台（Testbench）在验证复杂逻辑正确性方面的重要性。 结语 通过对这些核心概念的系统学习和大量实例的分析，读者将不仅掌握数字电路的“是什么”，更会理解“为什么”以及“如何设计和实现”。本书为有志于从事嵌入式系统、ASIC/FPGA设计、计算机体系结构研究的工程师和学生，提供了一条坚实且实用的技术路线图。掌握这些原理，即是掌握了构建未来数字世界的钥匙。

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我一直对那些能够将晦涩难懂的知识点以一种全新的视角呈现出来的书籍抱有极大的兴趣。这本书恰恰满足了我这样的期待。它不仅仅是停留在理论的堆砌，而是通过大量鲜活的案例分析，将抽象的原理与实际应用紧密地联系起来。我常常会惊叹于作者选择的案例的典型性和代表性，它们不仅涵盖了不同领域，更展现了原理在不同场景下的应用差异与共性。这让我能够更深入地理解理论的实际意义，也为我解决实际问题提供了宝贵的思路。更让我惊喜的是，书中对于某些边缘和前沿的探讨，虽然篇幅不多，却给我打开了一个全新的视野，让我意识到这个领域的无限可能。我一直觉得，一本好的书，应该能够引领读者去思考，去探索，去发现。而这本书，正是做到了这一点。它让我不再满足于表面的理解，而是开始追寻更深层次的含义，去质疑，去创新。

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我必须说，这本书简直是我近几年来遇到的最令人惊喜的一本读物了。它的内容深度和广度都超乎我的预期，尤其是在那个我一直觉得难以把握的某个核心概念上，作者的阐述方式简直是神来之笔。我曾尝试过阅读其他相关的书籍，但总觉得隔靴搔痒，无法触及问题的本质。而这本书，却能巧妙地通过层层递进的论述，辅以生动形象的比喻，让我豁然开朗。我尤其欣赏作者在解释复杂问题时所展现出的逻辑严谨性和条理性，每一个论点都建立在前一个论点的基础上，形成了一个坚不可摧的知识体系。我记得有一次，我对着书中的一个图表反复琢磨，最终恍然大悟，那种醍醐灌顶的感觉，真是难以言喻。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的启发。它教会了我如何去思考，如何去分析，如何去解决问题。我发现，我不仅仅是在学习书中的内容，更是在学习作者的思维模式。这对于我今后的学习和工作，无疑将产生深远的影响。

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我购入这本书纯粹是出于一种好奇心，因为我听闻它的内容在某个特定领域有着极高的评价。坦白说，我之前对这个领域并没有太多的了解，甚至可以说是一无所知。然而，这本书却以一种极其友好的方式，为我打开了这扇门。作者的语言风格非常接地气，没有使用过多晦涩难懂的专业术语，即使我是一个初学者，也能轻松跟上他的思路。他善于从最基本的生活现象出发，引申到复杂的理论，让我觉得这一切都那么自然而然。书中穿插的一些小故事和轶事，也为枯燥的知识注入了活力，让我阅读起来一点也不觉得乏味。我尤其喜欢书末的一些小练习，虽然简单，却能有效地检验我的理解程度，也让我更有成就感。这本书就像一位耐心指导的向导，带领着我一步步深入这个全新的世界，让我感受到了学习的乐趣和力量。

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在众多的专业书籍中，这本书无疑是我最愿意反复翻阅的一本。它的独特之处在于，作者似乎拥有一种魔力，能够将那些看似平淡无奇的现象，剥离出其背后深刻的逻辑和规律。我曾反复思考过书中的某个关键论点，每次阅读都有新的感悟。它不仅仅是知识的传递，更是一种思维的启迪。它让我开始审视自己习以为常的认知，去质疑，去探索更深层的本质。我常常会因为书中的某个观点而驻足良久，在脑海中反复推敲，试图将其与我自己的经验进行印证。这种“深度阅读”的体验，是很多其他书籍所无法给予的。我不得不承认，这本书在某种程度上改变了我看待某些问题的方式。它让我更加注重事物的内在联系，更加关注细节背后的意义。我深信，这本书的价值，远远超出了它所涵盖的那些具体的知识点。它是一种智慧的沉淀，一种思维的升华。

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这本书的封面设计着实吸引人，那种简洁又不失科技感的线条勾勒，让我立刻产生了好奇。当翻开书页，扑面而来的便是那股沉静的书香，似乎预示着一场智慧的探索即将展开。我一直对那些能够将复杂概念变得清晰易懂的作品心生敬佩，而这本书正是这样一本。它的排版十分考究，字体大小、行间距都恰到好处，读起来非常舒服，不会有任何阅读上的负担。我特别喜欢其中一些插图的绘制风格，它们不仅仅是为了美观，更是将抽象的原理形象化，让我在脑海中构建出更直观的画面。有时候，我们会被那些高深的理论吓倒，但这本书似乎有一种魔力，能够循序渐进地引导读者，从最基础的概念开始，一步步深入，直到领悟其精髓。我发现自己常常会停下来，细细咀嚼书中的每一句话，因为我知道，那些看似简单的描述背后，蕴含着作者深厚的功底和独到的见解。这本书给我的感觉，就像一位循循善诱的老师，耐心而又充满智慧，让我在这个领域里，不再感到迷茫，而是充满了探索的动力和信心。

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