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出版者:机械工业出版社

作者:郑娟

出品人:

页数:391

译者:

出版时间:2005-7

价格:37.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111167747

丛书系列:

图书标签:

• 计算机网络
• 网络技术
• 网络应用
• 数据通信
• TCP/IP
• 网络协议
• 网络安全
• 网络工程
• 计算机科学
• 通信原理

图书简介：数字逻辑基础与嵌入式系统设计 作者： 张伟 / 李明 (虚构) 出版社： 科技创新出版社 页数： 约680页 定价： 128.00元 --- 内容概述 本书《数字逻辑基础与嵌入式系统设计》旨在为读者提供一套全面、深入且实践性强的知识体系，涵盖现代电子工程领域中至关重要的两个核心支柱：数字逻辑电路的设计与实现，以及基于微控制器（MCU）的嵌入式系统开发。本书内容不涉及计算机网络技术、协议栈、拓扑结构或应用层服务等内容，而是聚焦于硬件的底层逻辑运算、时序控制、以及系统级的软硬件协同工作原理。 全书结构严谨，从最基础的布尔代数和逻辑门开始，逐步过渡到复杂组合逻辑与时序逻辑电路的设计、仿真与硬件实现，最终聚焦于主流嵌入式处理器的架构、指令集、外设编程和实时操作系统（RTOS）的应用。本书强调理论与实践相结合，通过大量的实例和项目驱动式学习，帮助读者掌握从概念到成品的全过程设计能力。 第一部分：数字逻辑基础与硬件实现（约占全书35%） 本部分是构建所有现代数字系统的基石，详细介绍了数字电路的数学描述和物理实现原理。 第一章：数制与编码系统 本章首先回顾了二进制、八进制、十六进制等数制的相互转换，这是所有数字电路处理的基础。重点讲解了有符号数的表示方法（如原码、反码、补码），以及浮点数的标准（IEEE 754）。此外，详述了字符编码（如ASCII、Unicode）在硬件数据交换中的作用。 第二章：布尔代数与逻辑门电路 深入探讨了布尔代数的基本定律、公理和化简方法（包括卡诺图K-map和Quine-McCluskey方法）。详细分析了基本逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）的特性、电路图和TTL/CMOS逻辑家族的电气参数差异。特别强调了使用通用门（如仅使用NAND或NOR）实现任意逻辑功能的能力。 第三章：组合逻辑电路的设计与分析 本章是电路设计实践的起点。系统介绍了译码器、编码器、数据选择器（MUX）、数据分配器（DEMUX）以及加法器、乘法器等算术逻辑单元（ALU）的设计流程。详细讲解了如何根据规格书（Truth Table）来设计并优化一个功能模块，并使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog的入门语法）进行行为级建模和功能验证。 第四章：时序逻辑电路与状态机设计 本章聚焦于含有“记忆”功能的电路设计。全面分析了基本存储单元——锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop，包括D, JK, T型）的工作原理、时序图和约束条件（如建立时间$t_{su}$和保持时间$t_h$）。随后，重点讲解了同步时序系统的设计方法，包括有限状态机（FSM）的定义、状态图的绘制、状态分配（如格雷码分配优化）以及状态转移逻辑的实现。讨论了竞争冒险（Hazards）的检测与消除。 第五章：存储器与可编程逻辑器件（PLD） 本章概述了不同类型的半导体存储器，如SRAM、DRAM的基本结构和读写时序。深入介绍了可编程逻辑器件（PLD）的概念，重点讲解了可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列逻辑（GAL）以及复杂可编程逻辑器件（CPLD）的内部结构和编程原理，为后续的硬件实现和原型验证打下基础。 第二部分：嵌入式系统核心技术（约占全书65%） 本部分将数字逻辑的理论知识应用于实际的微控制器（MCU）和系统集成项目中，侧重于底层软件开发、硬件接口和系统级应用的实现。 第六章：微控制器（MCU）体系结构与指令集 本章以主流的32位RISC架构（如ARM Cortex-M系列）为例，详细介绍微处理器的核心组成部分：程序计数器（PC）、寄存器组、算术逻辑单元（ALU）以及流水线结构。深入剖析了RISC指令集的特点、寻址模式、数据传输、算术运算和控制转移指令的功能与时序。讲解了从汇编语言到高级语言（C/C++）的编译链接过程和程序装载机制。 第七章：底层寄存器操作与并行/串行通信 本章是嵌入式编程的实践核心。详细介绍了如何直接操作MCU的内部寄存器来控制通用输入/输出（GPIO）端口、定时器/计数器（Timer/Counter）模块，并实现脉冲宽度调制（PWM）功能。着重讲解了异步串行通信（UART/USART）的波特率计算、数据帧格式配置，以及同步通信协议如SPI和I2C的通信时序、主从模式切换和冲突避免机制。 第八章：中断系统与实时任务管理 本章阐述了高效处理外部事件的关键技术——中断。讲解了中断向量表、中断优先级管理、中断服务程序（ISR）的编写规范、上下文保存与恢复机制。对比了轮询与中断驱动的效率差异。同时，引入了实时系统对时间精度的要求，为引入RTOS做铺垫。 第九章：内存管理与外设接口 详细解析了MCU的存储空间布局（堆、栈、数据段、代码段）。讲解了如何利用DMA（直接内存访问）控制器实现高速数据传输，以减轻CPU负担。系统介绍了模拟数字转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的工作原理，包括采样率、量化误差和常见应用场景，以及如何通过中断或DMA高效读取转换结果。 第十章：实时操作系统（RTOS）原理与应用 本章是系统级软件设计的重点。首先介绍了RTOS的核心概念，如任务、就绪态、阻塞态、调度算法（如优先级继承、时间片轮转）。深入讲解了进程间通信（IPC）机制，包括信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）和消息队列（Message Queue）的使用场景与死锁预防。通过一个实例项目，展示如何使用RTOS将复杂的多任务应用解耦并高效调度。 第十一章：嵌入式系统调试与硬件接口设计 本章专注于将软件与硬件紧密结合的实践环节。介绍了JTAG/SWD调试接口的工作原理，以及如何使用硬件调试工具进行断点设置、寄存器观察和内存跟踪。讲解了驱动简单传感器（如温湿度传感器）和执行器（如步进电机）时需要考虑的硬件匹配问题，例如上下拉电阻、滤波电路设计和电平转换。 --- 本书特色与目标读者 实践导向： 全书配有大量基于主流开发平台（如STM32或同等级别平台）的仿真代码和硬件实验指导，确保读者能够亲手构建并调试功能模块。 理论深入： 即使在实践部分，也深入探究了底层电路和指令集的“为什么”，而非仅仅停留在“怎么做”的层面，为读者未来进行芯片级或FPGA级别的设计奠定坚实基础。 目标读者： 本书适合高等院校电子工程、自动化、信息工程等专业的本科生和研究生作为教材或参考书，也适用于希望从高级单片机应用转向底层硬件和系统架构设计的软件工程师。读者需具备一定的电路基础和C语言编程能力。 本书不包含： TCP/IP协议栈、网络安全、路由、交换机原理、数据链路层协议、应用层网络编程（如Socket编程）、云计算、物联网（IoT）应用层开发等与网络通信直接相关的技术细节。

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这本书的语言风格非常严谨，几乎没有出现任何网络段子或者轻松的口吻，处处体现着一丝不苟的学术态度。每一个术语的定义都经过了精雕细琢，力求精确无误，这在阅读一些涉及到性能分析和拥塞控制的章节时尤为明显。作者似乎非常注重逻辑链条的完整性，章节之间的衔接紧密，从物理层到应用层的推进是线性的、不可逆转的。然而，这种高度的逻辑性和严谨性，也带来了一个副作用：阅读体验略显枯燥。对于那些对网络技术本身抱有极大热情，希望在阅读过程中找到乐趣的读者，这本书可能会显得有些晦涩难懂，需要极强的自律性和耐心去消化那些密集的专业术语和复杂的数学推导。它更像是一部需要认真对待的教科书，而不是可以放松阅读的技术读物。

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这本书的装帧设计倒是挺有意思的，封面采用了深邃的蓝色调，配上一些抽象的光纤线条图案，看起来既专业又不失现代感。拿到手里感觉分量很足，纸张的质地也相当不错，印刷清晰，即便是初学者也能轻松阅读那些密密麻麻的公式和图示，这一点对于长时间学习的读者来说，绝对是个加分项。不过，话说回来，内容才是王道。我翻阅了一些章节，感觉作者在基础概念的阐述上确实下了不少功夫，比如OSI七层模型、TCP/IP协议栈的讲解，都力求详尽，图文并茂。特别是关于数据链路层中媒体访问控制（MAC）的描述，用了很多生动的比喻来解释CSMA/CD的工作原理，让人茅塞顿开。虽然初看似乎有点过于学院派，但深入进去后，会发现它打下的基础非常扎实，为后续理解更复杂的路由和应用层协议做好了充分的铺垫。对于那些想系统性地、从零开始构建知识体系的读者来说，这本书的框架感是无可替代的。

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我注意到这本书在网络安全方面的覆盖显得有些边缘化了，像是一个不得不提及的附录，而非一个核心组成部分。在讲解了TCP/IP协议栈的构造之后，安全问题似乎是被简单地提及，例如简单的防火墙概念和端口扫描的原理，但对于当今复杂的网络威胁环境，如DDoS攻击的缓解、VPN协议的深度解析，或者更高级的应用层安全措施，挖掘深度明显不够。在一个越来越重视“零信任”架构的时代，这本书对于如何构建一个健壮且有韧性的网络安全体系的指导性内容，显得相对薄弱。我认为，一本面向现代应用的“技术与应用教程”，至少应该用与核心协议同等的篇幅来探讨如何保护这些协议的运行环境，这方面的内容，这本书没有做到位。

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说实话，这本书的实战性内容略显保守，更偏向于理论的深度挖掘而非前沿技术的快速迭代。比如，当我期待能看到更多关于SDN（软件定义网络）或者网络功能虚拟化（NFV）的深度剖析时，书中提供的案例大多停留在传统的路由交换配置层面，虽然经典，但总觉得少了一点“当下”的火花。大量的篇幅放在了协议栈的“是什么”和“为什么”上，而“怎么做”的实操指导，尤其是在主流的思科或华为设备配置命令上，感觉不够详尽。我尝试着对照书中的步骤去配置一个简单的VLAN间路由，发现书中给出的步骤过于简化，很多实际操作中必须注意的细节和潜在的排错思路都被一笔带过。这使得这本书更像是一本优秀的参考手册，而非一本能直接带你上战场的实操指南。对于经验丰富的工程师来说，可能略显冗余，但对于刚走出实验室的学生，可能需要搭配其他更注重“手把手教学”的资源。

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这本书最大的亮点，我认为在于其对网络性能评估和优化理论的深入探讨。在处理到拥塞控制和流量工程的章节时，作者展现出了深厚的功底。不只是简单地罗列RED、ECN这些算法，而是详细分析了它们背后的数学模型和对网络吞吐量、延迟的影响曲线。书中对排队论在网络流量分析中的应用进行了相当详尽的介绍，对于理解为什么某些调度策略在特定的负载下会失效，提供了清晰的理论支撑。我个人非常欣赏作者没有回避这些复杂的理论部分，而是选择直面它们，并用清晰的图表来辅助说明，这使得我对“网络调优”这个抽象的概念有了更具象的理解。对于未来想从事网络架构设计或性能瓶颈分析的读者，这部分的知识储备将是极其宝贵的财富。

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