具体描述
Appropriate for a first or second course in digital logic design. Blends academic precision and practical experience in an authoritative introduction to basic principles of digital design and practical requirements. With over 30 years of experience in both industrial and university settings, the author covers the most widespread logic design practices while building a solid foundation of theoretical and engineering principles for students to use as they go forward in this fast moving field.
好的，以下是一本名为《数字设计》的图书的详细简介，内容不涉及您提供的特定书籍，并力求自然流畅，避免人工智能痕迹。 --- 图书名称：《数字设计：从理论到实践的深度探索》 内容简介 《数字设计：从理论到实践的深度探索》 是一本面向电子工程、计算机科学专业学生以及寻求巩固和深化数字系统设计知识的工程师的综合性著作。本书旨在搭建从基础逻辑门到复杂微处理器架构之间的坚实桥梁，通过严谨的理论阐述和丰富的实践案例，引领读者全面掌握现代数字系统的设计、验证与实现方法。 本书的结构经过精心设计，力求做到逻辑清晰、循序渐进，确保读者能够逐步建立对数字电路和系统的深刻理解。全书共分为六个主要部分，涵盖了数字系统设计的核心要素。 第一部分：数字系统基础与布尔代数 本部分是构建后续复杂知识的基石。我们首先从最基本的概念入手，详细介绍了数制系统（二进制、八进制、十六进制及其相互转换），以及它们在数字电路中的重要性。随后，深入探讨布尔代数及其代数化简方法，包括德摩根定理、分配律等。重点在于如何利用这些数学工具对逻辑表达式进行化简，这是优化电路性能的第一步。此外，还会引入逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）的物理实现和真值表，并教授如何使用卡诺图（K-map）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）方法进行系统性的最小项化简，为设计高效组合逻辑电路奠定基础。 第二部分：组合逻辑电路的设计与分析 在掌握了基础逻辑运算后，本部分开始着手设计实际的组合电路模块。内容覆盖了多路复用器（MUX）、译码器（Decoder）、编码器（Encoder）和加法器等关键组件的原理、设计步骤和应用场景。我们不仅会分析基本的全加器和半加器，还会扩展到快速加法器（如携带旁路加法器）的结构，探讨如何克服传统加法器中的进位延迟问题。此外，我们将详细剖析对称函数和组合电路的竞争与冒险现象，并提供检测和消除这些潜在错误的实用技术。 第三部分：时序逻辑电路与状态机 数字系统的核心在于其能够“记忆”信息，这便引出了时序逻辑电路。本部分深入研究锁存器（Latches）和触发器（Flip-Flops）的结构（SR, D, JK, T），重点分析它们在不同时钟边沿下的行为特性。随后，章节将重点转向有限状态机（FSM）的设计。我们采用摩尔（Moore）模型和米利（Mealy）模型进行对比教学，详细讲解状态图的绘制、状态编码（如独热码、二进制编码）的选择对电路复杂度和速度的影响，以及如何处理异步输入和同步复位。对于实际工程中常见的计数器和移位寄存器，本书提供了从串行到并行的多种实现方案及其性能分析。 第四部分：存储器与可编程逻辑器件 现代数字系统离不开存储单元的支撑。本部分详细介绍了不同类型的存储器，包括静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的内部工作原理、读写时序和阵列结构。更重要的是，本书将目光投向了可编程逻辑器件（PLD）家族，包括只读存储器（ROM）、可编程逻辑阵列（PLA）和可编程阵列逻辑（PAL）。通过对这些器件的剖析，读者将理解如何利用现成的硬件结构快速实现复杂的逻辑功能，这是从理论设计走向快速原型制作的关键一步。 第五部分：数据通路与控制器设计 本部分是理解微处理器或复杂控制器架构的过渡章节。我们将组合逻辑和时序逻辑的知识融会贯通，用于设计核心的数据通路单元，如算术逻辑单元（ALU）。随后，重点转向控制器的设计——如何根据指令集或特定时序信号产生正确的控制信号，以驱动数据通路完成特定操作。我们将通过一个简化的单周期CPU模型作为案例，详细演示指令获取、译码、执行和写回的整个流程，帮助读者建立对指令级并行处理的基本概念。 第六部分：硬件描述语言（HDL）与系统级设计 在当代电子设计自动化（EDA）流程中，硬件描述语言是不可或缺的工具。本部分侧重于使用 VHDL 或 Verilog（或两者兼顾，取决于版本侧重）来描述和建模数字电路。本书强调“结构化描述”与“行为描述”的差异，并教授如何编写可综合（Synthesizable）的代码，以确保设计能够成功映射到实际的FPGA或ASIC中。此外，还会介绍基本的验证方法，包括测试平台（Testbench）的构建和仿真工具的使用，这是保证设计正确性的关键环节。最后，简要介绍了同步设计中的时序约束和布局布线对最终性能的影响。 本书特色： 1. 案例驱动： 每章均配备精心挑选的、与现代电子产品相关的实际案例，帮助读者理解抽象概念的具体应用。 2. 理论与工程的平衡： 不仅深入挖掘理论基础，也着重于工程实现中的权衡取舍，如速度、功耗和面积（S-P-A）的优化。 3. 丰富的习题： 大量设计题和分析题，适合作为课堂作业或自学练习，巩固学习效果。 通过对《数字设计：从理论到实践的深度探索》的学习，读者将能够独立完成中等复杂度的数字系统设计任务，并为未来深入研究嵌入式系统、VLSI设计或计算机体系结构打下坚实的基础。
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