Digital Design (4th Edition) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:M. Morris Mano

出品人:

页数:624

译者:

出版时间:2006-12-25

价格:USD 154.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780131989245

丛书系列:

图书标签:

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数字系统设计与高级逻辑电路 本书旨在为读者提供一个全面、深入的数字系统设计与实现的基础框架，重点聚焦于现代集成电路技术背景下的逻辑设计、组合与时序电路分析，以及可编程逻辑器件（PLD）的应用。 本书内容涵盖了从最基本的布尔代数到复杂系统级同步电路设计的全过程，强调理论与实践的紧密结合。 第一部分：数字逻辑基础与表示 本部分奠定了数字电路分析的数学和逻辑基础。 1. 数字系统与编码： 详细阐述了数字信号的特性、二进制系统的原理及其在电子工程中的核心地位。深入探讨了不同进制之间的转换方法，包括二进制、八进制、十六进制以及它们在计算机寻址和数据表示中的应用。特别关注了各种编码方案，如格雷码（Gray Code）的特性及其在防止转换毛刺中的作用，BCD（Binary Coded Decimal）编码在显示驱动中的实用性，以及校验码（如奇偶校验）在数据传输完整性方面的设计。 2. 布尔代数与逻辑门： 建立了描述数字电路行为的数学工具——布尔代数。系统梳理了基本逻辑运算（AND, OR, NOT）以及衍生运算（NAND, NOR, XOR, XNOR）。本书强调了德摩根定律、分配律等关键代数性质，并展示了如何使用这些定律进行逻辑表达式的化简。同时，详细介绍了实现这些基本逻辑功能的物理器件——逻辑门，讨论了其理想特性与实际电路中的非理想影响。 3. 逻辑函数化简： 教授了高效化简复杂逻辑表达式的系统方法。卡诺图（Karnaugh Maps, K-Map） 部分提供了一种直观的二维或多变量图形化化简技术，重点讲解了如何识别并圈出最大项和最小项的“1”或“0”，并确保实现“独热”覆盖。对于更高维度的逻辑函数，本书深入介绍了组合逻辑代数（Quine-McCluskey, Q-M）方法，详细解释了素蕴含式（Prime Implicant）的确定过程和最小化选择，确保设计出最简的硬件实现。 第二部分：组合逻辑电路分析与设计 本部分着重于不含存储元件的电路模块，这些模块的输出仅依赖于当前的输入状态。 4. 组合逻辑电路元件： 介绍了构建复杂组合电路所需的基本功能模块。多路复用器（Multiplexers, MUX） 的工作原理被深入剖析，阐述了如何利用它实现数据选择、逻辑函数模拟以及作为构建其他逻辑电路的基本单元。译码器（Decoders） 和 编码器（Encoders） 的设计与应用，特别是七段显示译码器的实现细节，得到了详细的讨论。此外，加法器（Adders） 的设计，从半加器到全加器，再到并行进位加法器和超前进位加法器（Carry Lookahead Adder）的结构，系统地展示了数字算术电路的演进。 5. 算术电路与数据处理： 本章超越了基础加法，探讨了更复杂的数字运算单元。包括减法器的实现（基于补码原理）、乘法器（如阵列乘法器）的基本结构，以及数字比较器（Comparators）的设计。同时，介绍了数字信号处理中常用的算术逻辑单元（ALU） 的概念和基本构造，展示了如何将多种算术和逻辑操作集成到一个可控的功能块中。 第三部分：时序逻辑电路与状态机 本部分关注含有反馈回路的电路，即具有记忆功能的电路，这是构建存储器和控制器件的基础。 6. 基础存储单元： 详细介绍了构建数字存储系统的基本元件。从锁存器（Latches） 的基本结构（如SR锁存器）开始，阐明了透明性（Transparency）的概念及其带来的潜在问题。随后，过渡到触发器（Flip-Flops），特别是时钟控制 的D触发器、JK触发器和T触发器。对建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）和传播延迟的分析，是确保时序电路稳定运行的关键。 7. 寄存器与存储器： 探讨了如何利用触发器构建更大型的存储结构。寄存器（Registers） 的设计（如并行加载、串入并出SISO、串入并出SISO）是数据暂存和转移的基础。深入分析了静态随机存取存储器（SRAM） 和动态随机存取存储器（DRAM） 的单元结构、读写操作的时序要求，以及地址译码在访问大型存储阵列中的作用。 8. 同步时序电路： 这是数字系统设计的高级主题。本书详细解释了有限状态机（FSM） 的建模方法。首先，介绍米利（Mealy）模型 和 穆尔（Moore）模型 的区别与转换。接着，重点讲解了如何根据系统需求绘制状态图和状态表，并系统地进行状态简化（消除冗余状态）。最后，展示了如何使用D触发器和组合逻辑电路将简化的状态表转换为实际的硬件电路，并讨论了同步设计中的竞争与冒险（Race Condition）问题及其规避策略。 第四部分：可编程逻辑与系统接口 本部分将理论设计转化为实际硬件实现，关注现代集成电路技术。 9. 可编程逻辑器件（PLD）： 介绍了实现复杂数字逻辑的现代工具。详细解释了可编程逻辑阵列（PLA）、可编程阵列逻辑（PAL） 的结构差异及其优缺点。重点分析了复杂可编程逻辑器件（CPLD） 和 现场可编程门阵列（FPGA） 的内部架构，包括查找表（LUT）、配置单元（Configurable Logic Block, CLB）和布线资源，为读者理解硬件描述语言（HDL）的底层映射提供了必要知识。 10. 交互与接口： 讨论了数字电路与外部世界的接口问题。包括异步输入处理（如去抖动电路的设计）、时钟管理（如锁相环PLL和时钟域交叉CDC的基础概念），以及基本的数据传输协议（如SPI/I2C的硬件抽象层）。本章强调了在实际系统中，确保数字模块与模拟环境和外部设备安全、可靠交互的重要性。 全书通过大量的实例分析和设计练习，确保读者能够从基础逻辑单元出发，逐步构建出功能完备、时序正确的复杂数字系统。

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这本书的价值不仅仅在于知识的传授，更在于它塑造了一种严谨的工程思维模式。它不仅仅教你“如何做”，更重要的是教你“为什么这样做”。例如，在讨论优化技术时，它会分析不同逻辑综合方法的优缺点，并引导读者从系统整体性能（功耗、面积、速度）的角度进行权衡。我发现，它对于异步电路和低功耗设计部分的讨论虽然不是篇幅最长的，但却非常精辟。它没有把这些内容当成花絮，而是作为高级数字设计中不可或缺的一部分来介绍。很多教材往往忽略了功耗这个关键指标，但这本书强调了在设计初期就必须考虑功耗的约束，这一点非常符合当今电子产品对能效比越来越高的要求。这种前瞻性的指导，让这本书的生命力远超出了普通的教科书范畴，更像是一本领域专家的经验总结。

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说实话，这本书的插图和排版质量是行业内的顶尖水准。在学习复杂的系统级设计时，清晰的示意图至关重要，而这本教材在这方面做得非常出色。我曾经看过一些其他教材，图示模糊不清，或者关键的信号流向根本看不出来，导致我需要花费大量时间去猜测作者的意图。然而，这本《数字设计》的每一张图，无论是时序图、状态图还是结构图，都清晰、准确、专业。比如，在讲解流水线（Pipelining）架构时，它用分层级的时序图清晰地展示了不同阶段的延迟和数据通过路径，让人一眼就能抓住问题的核心。此外，书中的某些专业术语的定义也极其精准，这对于撰写规范的技术文档或者进行跨部门交流都是至关重要的。阅读体验的舒适度直接影响学习效率，这本书在这方面做得无可挑剔，墨迹的深浅和纸张的反光度都让人感觉非常专业和舒适。

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这本《数字设计（第4版）》真是让我爱不释手，尤其是对那些初入数字电路和系统设计的学习者来说，它简直就是一本“救星”。我记得我刚接触这些概念的时候，满脑子都是各种逻辑门、布尔代数和时序电路的符号，感觉像是在看一本天书。这本书最棒的地方在于，它没有一上来就抛出复杂的理论，而是用非常直观的例子和清晰的图表，把那些抽象的概念一步步拆解开来。比如，讲解组合逻辑电路时，它会用实际的例子来展示编码器和译码器的功能，而不是干巴巴地给出真值表。我对它讲述的状态机部分印象尤其深刻，那种从简单触发器到复杂的有限状态机（FSM）的循序渐进的讲解方式，让我能够真正理解状态是如何流转，以及如何避免锁存问题。而且，书中的习题设计得也非常巧妙，既有理论性的推导，也有需要动手设计和分析的实践部分，这极大地提升了我的学习兴趣和动手能力。总的来说，这本书的编排逻辑非常严谨，内容覆盖全面，是打下扎实数字电子学基础的绝佳读物。

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这本书的深度和广度绝对超出了我的预期，对于已经有些基础的工程师来说，它依然是案头必备的参考书。我最欣赏的是它对现代设计流程的关注，不仅仅停留在基础的门级电路，而是迅速过渡到寄存器传输级（RTL）的设计方法。书里对硬件描述语言（如VHDL或Verilog，具体取决于哪个版本更侧重）的应用讲解得非常到位，它不是简单地介绍语法，而是结合具体的电路结构来讲解如何用HDL语言高效地描述硬件行为。特别是关于同步电路设计的章节，对时序分析、建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的深入探讨，简直是为实际的IC设计铺平了道路。我曾经被一个亚稳态问题困扰了很久，翻阅这本书的对应章节后，才豁然开朗，原来是自己对时钟域交叉处理的理解还不够深入。这本书的优势在于，它把理论的严谨性和工程实践的贴合度结合得非常好，让你明白每一个设计决策背后的物理意义。

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我特别想提一下这本书在理论深度上的把握。它在讲解基础的同时，没有回避那些需要高等数学或离散数学知识支撑的底层原理。比如，在处理组合逻辑优化和电路可靠性分析时，它会适当地引入代数证明和概率论的概念，这让读者能够从更深层次上理解设计背后的数学逻辑。对于想要继续深造或从事前沿研究的读者来说，这种基础的夯实是极其宝贵的。很多初级读物会为了“易读性”而牺牲理论的严谨性，导致读者学完后遇到新问题时，无法灵活运用所学知识。而这本书的作者似乎非常清楚这一点，他们巧妙地将那些复杂的数学推导放在了易于理解的语境中，确保读者既能掌握设计技巧，又能理解其背后的科学原理，体现了极高的学术水准和教育智慧。

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额~上课要学的

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数字部件设计