数字逻辑原理与VHDL设计

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页数:269
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出版时间:2008-5
价格:29.00元
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isbn号码:9787111235293
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  • 计算机理论
  • 数字逻辑
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具体描述

《21世纪高等院校电子信息与电气学科系列规划教材·数字逻辑原理与VHDL设计》以数字逻辑设计为主线,重点介绍了数字逻辑设计的基础理论和基本方法,包括小规模电路设计、中规模电路设计以及可编程逻辑器件设计。全书分为9章,包括数字逻辑基础、集成门电路、逻辑函数及其简化、组合逻辑电路的分析与设计、时序逻辑电路的分析与设计、VHDL语言设计初步、可编程逻辑器件、脉冲产生与变换电路、数/模和模/数转换器。各章配有大量例题、习题。教材中的所有VHDL源程序都通过了调试。

《21世纪高等院校电子信息与电气学科系列规划教材·数字逻辑原理与VHDL设计》可作为电子、信息、雷达、通信、测控、计算机、电力系统及自动化等电类专业和机电一体化等非电类专业的专业基础课教材,也可作为相关专业工程技术人员的学习与参考用书。

好的,这是一本关于计算机科学与工程领域其他主题的图书简介,旨在涵盖与数字逻辑设计领域相关但又不完全重叠的知识体系。 --- 《高级嵌入式系统架构与实时操作系统:从理论到实践》 图书简介 本著作深入探讨了现代嵌入式系统设计的核心技术与前沿趋势,聚焦于如何构建高性能、高可靠性且具备实时响应能力的复杂系统。本书旨在为电子工程、计算机科学与自动化领域的工程师、研究人员以及高级学生提供一套全面且深入的理论框架与实践指导。 核心内容概述: 第一部分:嵌入式系统基础与架构演进 本部分首先回顾了嵌入式系统的基本概念、发展历程及其在物联网(IoT)、工业控制、汽车电子等领域的关键作用。重点分析了不同类型的处理器架构(如ARM Cortex-M/R/A系列、RISC-V)的特性、优势与适用场景。 微控制器与微处理器选型: 详细比较了不同指令集架构(ISA)在功耗、性能、中断延迟和内存管理方面的差异。讨论了片上系统(SoC)的设计原理,包括总线结构(如AMBA AXI/AHB/APB)的互联机制,以及如何根据应用需求优化硬件选型。 内存系统与缓存管理: 深入剖析了嵌入式系统中的存储层次结构,包括SRAM、DRAM、闪存(Flash)及其新型存储技术的特性。详细讲解了缓存一致性、内存保护单元(MPU)和内存管理单元(MMU)在保证系统安全与性能隔离中的作用。 功耗优化技术: 针对电池供电和能源敏感型设备,本书详细介绍了多种低功耗设计策略,包括动态电压与频率调节(DVFS)、时钟门控、电源门控以及深度睡眠模式的管理。 第二部分:实时操作系统(RTOS)的原理与应用 本部分是本书的重点之一,全面覆盖了实时操作系统的核心机制,这是构建确定性、可预测系统的关键。 RTOS核心机制: 阐述了任务调度理论,包括固定优先级调度(如Rate Monotonic, RM)和动态优先级调度(如Earliest Deadline First, EDF)的算法细节、优缺点及实现方式。深入分析了上下文切换的开销与优化。 进程间通信(IPC)与同步: 详尽讨论了多种IPC机制,如消息队列、信号量(Semaphore)、互斥锁(Mutex)及其在避免竞态条件和死锁问题中的应用。特别关注了优先权继承与优先级天花板协议,用于解决优先级反转问题。 中断处理与延迟分析: 深入研究了中断服务程序(ISR)的设计原则、中断延迟的量化分析(从硬件触发到软件执行)以及如何最小化最坏情况执行时间(WCET)。 主流RTOS内核剖析: 对FreeRTOS、Zephyr等主流轻量级RTOS的内核结构进行源码级分析,讲解如何进行内核配置、移植和性能调优。 第三部分:系统级软件设计与驱动开发 本部分侧重于如何将硬件抽象层(HAL)与应用逻辑有效地结合起来,构建健壮的系统软件。 设备驱动模型: 讲解了现代嵌入式Linux驱动和裸机驱动的开发范式。详细描述了设备树(Device Tree)在描述异构硬件资源中的重要性及其在内核启动过程中的作用。 总线通信与外设接口: 深入分析了常见的串行通信协议,如SPI、I2C、UART、CAN、Ethernet MAC的底层工作原理、时序要求以及驱动实现。重点讨论了高速数据传输中的DMA(直接内存存取)机制及其在减轻CPU负担中的作用。 固件更新与安全启动: 探讨了空中下载(OTA)更新机制的设计挑战,包括如何保证更新过程的原子性、回滚能力和数据一致性。分析了安全启动(Secure Boot)流程,包括加密验证和信任根的建立。 第四部分:高级主题:系统级验证、调试与建模 本部分关注系统从原型到量产过程中的质量保证与高级分析技术。 实时性验证与测试: 介绍基于硬件在环(HIL)和软件在环(SIL)的测试方法。讨论了使用逻辑分析仪、示波器和专用工具(如JTAG/SWD调试器)进行时序分析和系统级故障注入测试的技术。 系统级建模与仿真: 探讨如何使用高层次的建模语言(如SystemC或UML/SysML)对复杂系统行为进行抽象描述和仿真,以便在硬件实现前发现架构缺陷。 分布式系统中的时钟同步与一致性: 针对多节点嵌入式网络,讲解了如IEEE 1588(PTP)等高精度时间同步协议的原理及其在工业现场中的应用。 读者对象与预期收获: 本书适合具备一定C/C++编程基础,对微处理器架构有初步了解的读者。完成本书学习后,读者将能够独立设计、实现并验证复杂的、对时间敏感的嵌入式实时系统,深入理解现代操作系统内核与硬件资源交互的底层细节,并掌握应对高可靠性系统挑战的工程方法。本书的实践案例和代码示例均基于行业标准工具链和主流硬件平台,确保了知识的实用性和前沿性。 ---

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说实话,在购买《数字逻辑原理与VHDL设计》之前,我阅读了很多相关的书籍和在线教程,但总感觉缺乏那么一种“一以贯之”的感觉。《数字逻辑原理与VHDL设计》这本书恰恰填补了我的这一需求。它非常巧妙地将数字逻辑的理论基础与VHDL这种现代硬件描述语言紧密地结合起来,形成了一个完整的学习闭环。书中对于数字逻辑的讲解,不仅仅局限于布尔代数和卡诺图化简,它还引入了逻辑门的种类、组合逻辑电路的设计方法,以及时序逻辑电路的核心概念,比如状态机、寄存器、计数器等。而在讲解这些理论的同时,它又会立刻给出对应的VHDL实现,并且对VHDL的语法、结构、以及如何将其映射到硬件进行细致的讲解。我尤其喜欢书中对于“抽象层次”的讲解。它清楚地展示了如何从高层次的系统功能描述,逐步细化到中层次的模块化设计,再到低层次的门级网表。VHDL作为一种强大的硬件描述语言,在其中扮演了关键的角色,它使得这种多层次的设计成为可能。书中对于不同抽象层次的VHDL代码示例,以及它们之间的转换和联系,都讲解得非常到位。此外,书中还涉及到了数字电路设计流程中的一些重要环节,比如综合、仿真、时序分析等,并简要介绍了如何在实际的FPGA设计工具链中应用VHDL。这种全面性的讲解,让我感觉自己不仅仅是在学习一门语言,更是在学习一套完整的数字电路设计方法论。

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拿到《数字逻辑原理与VHDL设计》这本书,我最直观的感受就是它的“实战导向”。它不像一些学院派的教材,上来就是大段大段的数学公式推导,看得人云里雾里。《数字逻辑原理与VHDL设计》在引入基本概念时,非常注重与实际应用的结合。比如,讲解加法器时,它会先分析二进制加法的原理,然后引入全加器、半加器的设计,最后用VHDL来实现一个n位加法器。这个过程中,它会详细解释如何将逻辑功能分解,如何使用VHDL的并行和顺序语句来描述电路,甚至会涉及到一些优化技巧。尤其让我印象深刻的是,书中关于状态机设计的讲解。它提供了多种设计状态机的思路,包括使用画状态转移图、状态表,以及如何将其转化为VHDL代码。对于复杂的有限状态机(FSM),它给出的VHDL代码非常规范,并且附带了详细的仿真分析,这对于理解状态机的时序行为和避免潜在的竞争冒险非常有帮助。这本书还花了相当大的篇幅来讲解时序逻辑电路,比如触发器、寄存器、计数器、移位寄存器等等。它不仅解释了这些电路的工作原理,更重要的是,它详细介绍了如何用VHDL来描述它们,并强调了时钟信号的重要性以及如何处理时序问题,例如建立时间和保持时间。书中对于一些实际的数字系统设计案例,比如简单的微处理器模型、数据通路等,都进行了深入浅出的剖析,让我能够将所学的理论知识和VHDL编程技巧融会贯通,初步具备设计小型数字系统的能力。

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我拿到这本《数字逻辑原理与VHDL设计》的时候,真是抱着试试看的心态,毕竟市面上同类的书籍也不少,但很多要么过于理论化,要么例子陈旧,要么讲解不清。这本书刚翻开,我就被它的排版和清晰的图示吸引了。第一章从最基础的二进制、逻辑门开始,循序渐进,一点点讲解逻辑运算的本质,讲解得非常生动,就像老师在耳边细细道来。它不是简单地罗列公式,而是通过生活中的实际例子,比如简单的开关电路、交通信号灯,来类比逻辑门的工作原理,让我这种初学者也能迅速抓住核心概念。更让我惊喜的是,它很快就引入了VHDL这个强大的工具,并且在讲解每一个逻辑概念时,都紧跟着给出了相应的VHDL代码示例。这对于我来说是极大的福音,我一直觉得学理论不如学实践,而这本书恰恰弥补了这一空白。它让我明白,那些抽象的逻辑门是如何在硬件描述语言中变成一行行代码,进而实现复杂的数字电路。而且,它对VHDL的语法讲解也相当到位,从最基础的数据类型、信号、变量,到程序结构、进程、并发语句,都解释得非常详细,配合着前面的数字逻辑原理,学习起来简直是相得益彰。我特别喜欢它在讲解组合逻辑和时序逻辑时,既有理论推导,又有VHDL实现,甚至还给出了仿真波形分析。这些仿真波形对于理解电路的时序特性至关重要,让我能够直观地看到我的VHDL代码是如何驱动电路工作的,也帮助我调试出了不少潜在的错误。这本书的难度曲线设计得很平缓,不会让你一开始就感到 overwhelming,而是让你在不知不觉中掌握了数字逻辑和VHDL的设计精髓。

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这本书《数字逻辑原理与VHDL设计》,给我的最大收获是让我认识到了“概念的清晰性”和“技术的实用性”可以如此完美地结合。在阅读过程中,我发现作者在讲解数字逻辑的基本原理时,总是能够用最直观、最易懂的方式来阐述,避免了过于晦涩的数学推导,而是通过逻辑推理和图示来加深读者的理解。比如,在讲解组合逻辑电路时,它会从最基础的逻辑门开始,逐步引入组合逻辑的特点、设计流程,并给出大量的示例,包括译码器、编码器、比较器、算术逻辑单元(ALU)等。而对于时序逻辑电路,它则从触发器的基本原理讲起,深入讲解了寄存器、计数器、移位寄存器等,并且特别强调了时钟的作用和时序约束的重要性。最让我惊喜的是,书中对于VHDL的讲解,也是循序渐进,并且紧密结合了数字逻辑的原理。它没有把VHDL当成一门独立的编程语言来讲解,而是将其定位为描述数字硬件的工具。它解释了VHDL的并发模型、信号和变量的区别、进程语句、结构体和实体等核心概念,并用大量的实例展示了如何用VHDL来实现各种数字逻辑电路。我尤其欣赏书中对于“仿真”和“综合”的讲解。它让我明白,VHDL代码不仅是写出来看,更是要通过仿真工具来验证其功能,并通过综合工具将其映射到实际的硬件上。这本书让我觉得,学习数字逻辑和VHDL不再是枯燥的理论堆砌,而是真正能够动手实践、解决实际问题的过程。

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这本书《数字逻辑原理与VHDL设计》给我的体验,可以用“豁然开朗”来形容。在我学习数字逻辑的过程中,我常常会遇到一些理论概念,但很难将其与实际的硬件实现联系起来。这本书恰恰扮演了一个完美的“连接器”角色。它在讲解每一个数字逻辑概念时,都会同步地给出相应的VHDL代码示例,并且对VHDL的语法和语义进行详细的解释。这让我明白,那些抽象的逻辑运算,是如何在VHDL代码中体现出来的,以及VHDL代码是如何被转换成实际的硬件电路的。我尤其喜欢书中对于“抽象层次”的讲解。它展示了如何从行为级描述,逐步细化到结构级描述,最终到寄存器传输级(RTL)描述,VHDL在其中扮演了至关重要的角色。它让我知道,我们可以用不同抽象层次的VHDL代码来描述同一个电路,而不同的抽象层次有不同的应用场景和优缺点。书中还包含了关于“时序分析”和“综合”的一些介绍,这让我初步了解了数字电路设计流程中的关键环节。它解释了为什么VHDL代码需要满足一定的规则才能被综合工具正确处理,以及时序分析在保证电路性能中的重要性。这本书不仅仅是教我VHDL语言,更是教我如何用VHDL来思考和设计数字电路,让我对整个数字系统设计过程有了更全面、更深刻的认识。

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作为一名有一定基础的读者,《数字逻辑原理与VHDL设计》这本书给我带来的最大启发在于它对“模块化设计”和“可复用性”的强调。书中在介绍每一个逻辑单元(比如加法器、多路选择器、译码器等)时,都不仅仅是讲解其功能,更重要的是它如何被设计成一个独立的、可复用的模块,并通过VHDL的实体(entity)和结构体(architecture)来清晰地定义其接口和内部实现。这种思想在大型数字系统中至关重要,而这本书恰恰从一开始就灌输了这种思想。它鼓励读者在设计时就考虑模块的封装性,以及如何通过信号线将不同的模块连接起来,形成一个更大的系统。书中对于层次化设计的讲解,也让我受益匪浅。它展示了如何将一个复杂的系统分解成若干个相互关联的子模块,每个子模块又可以进一步分解,直到可以方便地用VHDL实现。这种自顶向下或者自底向上的设计方法,在书中都有体现,并且通过具体的VHDL代码和系统框图来加以说明。我特别喜欢书中关于“并行性”和“并发性”在VHDL中的体现。它清晰地解释了VHDL的并发执行模型,以及如何利用并发语句来描述数字电路的并行工作特性,这对于理解同步和异步电路的设计有着至关重要的作用。书中还包含了一些关于时序控制的进阶内容,例如如何处理亚稳态问题,以及如何设计能够满足严格时序要求的电路,这对于从事高性能数字电路设计非常有价值。

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当我拿起《数字逻辑原理与VHDL设计》这本书时,我首先被它清晰的结构和逻辑性所吸引。它不是那种上来就抛出大量代码的“速成”教程,而是非常系统地从数字逻辑的基础概念讲起。从最简单的二进制表示、逻辑门(AND, OR, NOT, XOR等)开始,逐步引入布尔代数、逻辑函数的化简(卡诺图等),让我对数字信号的逻辑操作有了扎实的理解。然后,它自然地过渡到了组合逻辑电路的设计,包括多路选择器、译码器、加法器、比较器等,这些都是数字电路中的基本构建单元。让我印象深刻的是,在讲解这些组合逻辑电路时,它总是会给出详细的逻辑图、真值表,以及对应的VHDL描述。这种理论与实践的结合,使得学习过程非常高效。更让我欣喜的是,这本书并没有止步于组合逻辑,而是深入浅出地讲解了时序逻辑电路,包括各种类型的触发器(D触发器、JK触发器、T触发器等),以及基于触发器的寄存器、计数器和移位寄存器。这些时序逻辑电路是构成复杂数字系统的基础,书中对它们的讲解非常透彻,并且同样提供了丰富的VHDL代码示例。它帮助我理解了时序电路中“状态”的概念,以及如何利用时钟信号来同步电路的工作。此外,书中还穿插了一些数字系统设计中的重要概念,比如状态机设计、数据通路和控制通路等,这为我构建更复杂的数字系统提供了思路。

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《数字逻辑原理与VHDL设计》这本书,给我最直观的感受就是它非常“接地气”,并且充满了“工程实践”的导向。在我翻阅这本书之前,我对数字逻辑的理解主要停留在教科书上的理论层面,总觉得离实际的硬件设计还有一段距离。而这本书,通过VHDL这个强大的硬件描述语言,将那些抽象的逻辑概念变得具体而可操作。书中在讲解逻辑门、布尔代数、组合逻辑和时序逻辑时,并不是孤立地介绍,而是将它们与VHDL的语法和结构紧密地联系起来。例如,当讲解到加法器时,它不仅解释了二进制加法的原理,还会给出如何用VHDL来实现一个半加器和一个全加器,甚至是一个n位的加法器,并且详细分析了代码的结构和各个部分的含义。这让我能够立刻将理论知识转化为实际的代码,并且通过仿真来验证其正确性。让我印象深刻的是,书中对于“并行性”和“并发性”在VHDL中的体现,以及如何利用VHDL来描述这些特性。它帮助我理解了数字电路的本质就是并行工作的,而VHDL正是描述这种并行性的有力工具。书中还提供了一些关于状态机设计的经典案例,比如交通灯控制器,这部分内容通过非常清晰的状态转移图和VHDL代码,将抽象的状态机设计过程变得非常直观。这对于我理解复杂的控制逻辑非常有帮助。

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《数字逻辑原理与VHDL设计》这本书,给我带来的最深远的影响,或许在于它让我真正理解了“硬件描述语言”的精髓,以及它在现代数字系统设计中的地位。这本书不仅仅是简单地教授VHDL的语法,更重要的是,它将VHDL与数字逻辑的底层原理紧密地结合起来,让读者明白VHDL代码是如何“映射”到硬件的。书中在讲解每一个逻辑功能时,都会先从最基本的逻辑门和布尔代数开始,然后深入到组合逻辑和时序逻辑的设计,最后再用VHDL来实现。这种“从内到外”的讲解方式,让我对数字电路的结构和工作原理有了更深刻的认识。我特别喜欢书中关于“状态机”的讲解,这部分内容在很多书中都显得比较抽象,但这本书通过清晰的状态图、状态表和VHDL代码示例,将复杂的有限状态机设计变得直观易懂。它展示了如何描述一个状态机,如何处理状态转移,以及如何设计状态寄存器和输出逻辑。书中还详细介绍了VHDL中的“进程”(process)和“并发语句”(concurrent statements),以及它们在描述时序逻辑和组合逻辑时的不同作用,这让我对VHDL的执行模型有了更清晰的理解。另外,这本书对“可综合性”的讲解也很有价值,它不仅给出了VHDL的代码,还指导我如何编写能够被综合工具正确识别和转换的代码,避免了一些常见的陷阱,为我将来进行FPGA开发打下了坚实的基础。

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《数字逻辑原理与VHDL设计》这本书,给我最深刻的印象就是它在理论和实践之间的“桥梁作用”搭建得非常扎实。很多人学习数字逻辑,可能会觉得那些基本门电路、逻辑函数、状态机什么的,离实际的工程应用有点远。而这本书,通过VHDL这个强大的工具,把这些抽象的概念变得具体而可操作。它在讲解每一个数字逻辑概念的同时,都会紧接着给出对应的VHDL实现,而且这些VHDL代码不是简单的“Hello World”,而是能够直接用于仿真甚至FPGA实现的。我特别喜欢书中对于“仿真”环节的强调。它不仅仅是给出一堆VHDL代码,然后就告诉你“这是正确的”,而是详细讲解了如何编写测试平台(testbench),如何利用仿真工具来验证VHDL代码的正确性,以及如何通过仿真波形来分析电路的行为。这对于我们这些初学者来说,是学习过程中最重要的一环,可以让我们在早期就发现设计中的问题,避免将错误带到后续的综合和硬件实现阶段。书中还涉及到了不少关于FPGA开发的背景知识,虽然没有深入到具体FPGA芯片的细节,但它解释了FPGA的基本原理,以及VHDL在FPGA设计中的作用,这为我进一步学习FPGA开发打下了坚实的基础。它让我知道,我编写的VHDL代码,最终可以被转换成硬件电路,在实际的FPGA芯片上运行,这对我来说是一个巨大的鼓舞。

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