Modern Switching Theory and Digital Design pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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isbn号码:9780135986806

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数字电路
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可编程逻辑器件
数字逻辑

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具体描述

Boolean Algebra and Boolean Function Switching theory deals primarily with the analysis (characterizationï¼Œ minimizationï¼Œ etcï¼Œ) and synthesis (realization) of a special type of functionï¼Œ defined on a special type of algebra known as switching algebra. Switching algebra isï¼Œ in turnï¼Œ a special type of Boolean algebraï¼Œ" and the special type of functionï¼Œ known as the switching functionï¼Œ is a mapping defined on switching algebra. Switching algebra that contains two elementsï¼Œ 0 and 1ï¼Œ is the two-element Boolean algebra (the simplest nondegenerate Boolean algebra). To understand how switching algebra is derivedï¼Œ one must first learn Boolean algebraï¼Œ its mathematical foundation. In factï¼Œ Boolean algebra is the mathematical :foundation of the entire field of switching theory. The algebraic structure of Boolean algebra is derived from the ordered set. We i begin the chapter by introducing ordered sets and the one-to-one relationship between elements in set theory and elements in algebra. Before introducing Boolean algebraï¼Œ we first define latticeï¼Œ which is a special subclass of the class of ordered sets. Boolean ï¼Œalgebra is a special class of a subclass of lattices known as the complcmented distributive .latticeï¼Œ or the Boolean lattice. Important properties of Boolean algebra are discussed in detail. Finallyï¼Œ the formal definition of Boolean function and its canonical forms are presented. The existence of the canonical forms for every Boolean hmction pro- vides us with a convenient means of determining the equivalence between two Boolean functions and with a basis for deriving switching-function minimization methodsï¼Œ which will be discussed in Chapter 2. 1.1 Setsï¼Œ Ordered Setsï¼Œ and Algebras Set theory is often referred to as the "root" ofmathelnatics. We can consider every branch of mathematics to be a study of sets of objects of one kind or another. For instanceï¼Œ roughly speakingï¼Œ geometry is a study of sets of points. Algebra is concerned with sets of numbers and operations on those sets. AnaIysis deals mainly with sets of functions. The study of sets and their use in the foundations of mathematics was begun in the latter part of the nineteenth century by the German mathematician Georg

探索数字世界的基石：逻辑、电路与智能系统的构建这本书并非一本关于“现代开关理论与数字设计”的详尽教程，也不是对某一特定教材的逐字解读。相反，它是一次深刻的、多角度的数字设计哲学与实践的探索之旅。它将带领读者深入理解构成现代数字世界运作原理的那些最基础、最核心的构件，以及如何巧妙地将它们组合，构建出我们日常生活中依赖的复杂智能系统。第一部分：思想的萌芽——从二进制的优雅到逻辑的语言我们将首先回归数字世界的起点，并非以枯燥的公式开篇，而是以一种更具启发性的方式。想象一下，人类如何从复杂的模拟信号中提炼出简洁而强大的二进制表达？我们将探讨二进制的内在逻辑和其作为信息编码基础的卓越之处。这不仅仅是0和1的简单组合，而是信息表达的极致简洁与效率的体现。接着，我们将进入逻辑的大门。在这里，逻辑门不再是抽象的符号，而是思想的具象化。与门、或门、非门、异或门……这些最基本的逻辑单元，如何通过组合，能够执行各种运算，解决各种问题？我们将深入理解这些逻辑门的工作原理，它们在物理层面的实现方式（尽管我们不会深入到半导体工艺细节），以及它们如何形成更复杂的逻辑功能。我们将探索布尔代数的力量，它如何成为我们设计和分析数字电路的数学语言，如何通过逻辑表达式的化简，带来更高效、更经济的设计。本部分还将触及组合逻辑电路的设计。这意味着，电路的输出仅取决于当前的输入，与过去的输入状态无关。我们将学习如何从需求出发，构建真值表，然后将其转化为逻辑表达式，最终设计出能够实现特定功能的组合逻辑电路，例如加法器、减法器、多路选择器、译码器等等。这些看似简单的模块，却是构成所有复杂数字系统的基石。我们会强调设计过程中清晰的思路、严谨的逻辑推理以及对效率的追求。第二部分：记忆的赋予——状态的延续与时序的舞蹈数字系统并非总是“即时响应”的。很多时候，我们需要让系统“记住”过去的信息，并根据这些信息做出决策。这就引入了时序逻辑电路的概念。我们将探讨触发器（Flip-flop）和锁存器（Latch）——这些微小的“记忆单元”，它们如何能够存储一个比特的信息，并如何在时钟信号的驱动下，实现状态的翻转和保持。在这个过程中，我们将会理解时钟（Clock）信号的重要性。时钟如同数字电路的“心脏”，它协调着各个部件的工作步调，确保数据在正确的时间被读取和更新。我们将探讨不同类型的触发器（如SR触发器、JK触发器、D触发器、T触发器）各自的特性和应用场景，以及它们如何被用来构建更复杂的时序电路。本部分将重点介绍状态机的设计。状态机是描述一个系统如何在不同状态之间转换的数学模型。我们将学习如何通过状态图和状态表来清晰地描绘系统的行为，然后将这些模型转化为实际的时序逻辑电路。例如，一个简单的交通灯控制器，或者一个自动售货机，都可以用状态机来精确描述其工作流程。我们将探讨有限状态机（FSM）的两种主要类型：米利型（Mealy Machine）和摩尔型（Moore Machine），以及它们在设计中的差异和适用性。第三部分：系统级的升华——组件的集成与现代设计的脉络在掌握了基本的逻辑门和时序电路后，我们就可以开始构建更宏伟的数字系统了。本部分将带领读者从宏观层面审视数字设计的整体框架。我们将探讨寄存器（Register）和移位寄存器（Shift Register）的概念，它们如何用于存储一组数据，以及如何在时钟的控制下进行数据的并行或串行传输。计数器（Counter）将是另一重要的话题。从简单的二分频器，到能够计数任意数量的异步或同步计数器，我们将理解它们在频率分频、事件计数等方面的广泛应用。我们还会探讨存储器（Memory）的结构和工作原理，包括随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM），理解它们如何存储大量数据，并成为现代处理器不可或缺的组成部分。本部分还将触及更高级的设计概念，例如并行处理、流水线（Pipelining）和微处理器架构的基本思想。虽然我们不会详细讲解某个具体的微处理器指令集，但我们会勾勒出指令如何被解码、执行，数据如何在寄存器和内存之间流动。我们将讨论模块化设计的重要性，以及如何将复杂的系统分解为更小、更易于管理和验证的模块。此外，我们将对现代数字设计流程进行概览，包括使用硬件描述语言（HDL）如Verilog或VHDL进行设计，以及逻辑综合、布局布线等EDA（Electronic Design Automation）工具的作用。我们将强调验证（Verification）在整个设计流程中的核心地位，它如何确保设计的功能正确性和可靠性。第四部分：思维的拓展——从理论到创新这本书的最终目标，并非是让读者成为一名技术熟练的数字电路工程师，而是培养一种深刻的数字设计思维。我们将探讨在实际工程中，工程师如何权衡速度、功耗和面积（Performance, Power, Area）这三个关键的设计指标。我们将理解不同设计选择可能带来的权衡，以及如何根据具体应用场景做出最优决策。我们将讨论错误检测与纠正（Error Detection and Correction）的基本原理，以及冗余设计（Redundancy）在提高系统可靠性方面的作用。例如，奇偶校验（Parity Check）和海明码（Hamming Code）等简单的纠错技术。最后，本书将展望数字设计在未来的一些前沿方向。例如，FPGA（Field-Programmable Gate Array）的灵活性，ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）的性能优势，以及新兴的计算范式，如量子计算（尽管我们不会深入到量子力学层面，但会点出其与传统数字计算的潜在区别和联系）。我们将强调持续学习和适应技术发展的必要性。总而言之，这本书旨在提供一个全面而深入的视角，去理解构成我们数字世界的“骨骼”和“神经”。它将帮助读者建立起强大的逻辑思维能力，理解信息如何在数字系统中流动和处理，并为进一步探索更复杂的计算和智能系统打下坚实的基础。它不是一个简单的“如何做”的手册，而是一个关于“为什么”和“如何思考”的引导，鼓励读者用一种更具创造性和洞察力的方式来理解和设计数字世界。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我必须得承认，这本书的阅读体验并非一帆风顺，它对读者的基础知识储备提出了相当高的要求。如果你对离散数学或者基础电路理论只有模糊的概念，那么前几章可能会让你感到有些吃力，就像试图在没有学会走路之前就去跑马拉松一样。但我发现，正是在这种略显“反人性”的难度中，这本书的真正魅力才得以展现。它没有为了迎合大众而刻意简化那些核心且复杂的数学模型。例如，在讨论CMOS逻辑门电路的暂态响应和功耗优化时，书中引入的那些晶体管级参数分析，对于追求极致性能的工程师来说，简直是雪中送炭。我特别欣赏作者在案例选择上的独到眼光，他们没有停留在过时的TTL或CMOS家族的简单逻辑门上打转，而是直接跳到了FPGA和ASIC设计中常用的可配置逻辑块（CLB）的内部结构和实现原理。这种前瞻性使得这本书即便是放在今天来看，依然具有极强的生命力。它不是一本让你应付考试的速查手册，而是一本需要你沉下心来，用笔和纸陪着它一步步推导的“武功秘籍”。读完它，你会感到自己的思维层次被拔高了一个维度。

评分☆☆☆☆☆

这本书，说实话，拿到手的时候，那种厚重感就让人觉得这是本硬货。我本来是抱着试试看的心态翻开的，毕竟市面上关于数字电路和交换技术的书很多，但真正能深入浅出讲透原理的却凤毛麟角。我首先被它清晰的章节划分和严谨的逻辑结构所吸引。作者似乎非常了解初学者和资深工程师在学习过程中的痛点，从最基础的布尔代数开始，逐步过渡到复杂的时序逻辑和有限状态机的设计。尤其是在描述同步电路和异步电路的切换与优化时，书中提供的那些详尽的图示和数学推导，简直是教科书级别的范例。我记得有一次我在处理一个高速数据交换模块时遇到了棘手的竞态条件问题，翻遍了手头的几本参考资料都找不到满意的解决方案，最后还是在这本书的一个小节里找到了一个非常巧妙的仲裁逻辑设计思路，一下子茅塞顿开。这本书的价值不在于它提供了多少现成的解决方案，而在于它教会了你如何用结构化的思维去分析和解决问题。对于任何想要在底层硬件设计领域深耕的人来说，这本书无疑是一块不可或缺的基石，它构建的知识体系非常扎实，绝对能让你对“现代”这个词的含义有一个全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

从整体的学习曲线来看，这本书的难度梯度设置非常人性化，它确保了读者不会在早期就被挫败感劝退，同时又能在后期获得真正的知识增益。初读时，你会感觉像是在爬一座平缓的山坡，基础知识被不断巩固；但当你进入到后半部分关于故障检测和自检（BIST）的章节时，陡然间，你会发现自己已经站在了制高点上。这部分内容深入探讨了扫描链（Scan Chain）的插入、故障模型的建立以及测试向量的生成，这些都是高级数字芯片验证流程中的核心环节。我发现，这本书对于这些主题的讲解，比我之前看过的任何一本专门的验证书籍都要简洁有力，因为它从设计源头——即数字逻辑本身——出发来阐述测试的必要性和可行性。这种跨学科的知识整合能力，是这本书最令人敬佩的地方。它不仅仅是关于“开关理论”或“数字设计”的单一学科书籍，而是一本关于构建可靠、可测试、高性能数字系统的综合指南，它真正配得上“现代”二字。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发，在于它成功地架设了理论与实践之间的桥梁。许多学术著作往往停留在“是什么”和“为什么”的层面，而这本书则勇敢地迈入了“如何做”的实操领域。在讨论计数器设计时，它不仅给出了环形计数器和扭环计数器的逻辑表达式，更重要的是，它还分析了在实际硬件资源（比如特定的触发器类型）受限的情况下，哪种设计在资源占用和时钟频率上限上更具优势。这种对“工程妥协”的探讨，是教科书里很少触及的深层内容。我记得有一部分章节专门讨论了消除毛刺（Glitch）的技术，并对比了不同的去毛刺策略——比如增加滤波电容和调整逻辑层数——它们的适用场景和成本差异。这说明作者不仅仅是一位理论家，更是一位资深的实践者。通过研读这些内容，我开始意识到，数字设计远非单纯的逻辑堆砌，它涉及到对物理约束、信号完整性和成本效益的综合考量。这本书教会我的，是如何带着工程师的批判性思维去审视每一个设计决策的合理性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图文配合，可以说是业界的一个标杆。在这样一个以晦涩著称的技术领域，清晰的视觉引导至关重要，而这本书在这方面做得无可挑剔。我尤其留意到作者在处理时序图和状态转移图时的规范性。那些箭头、时钟沿的表示、以及不同状态之间的跳转逻辑，都被描绘得极其精准，几乎不需要额外的文字解释就能理解其意图。这对于理解复杂的异步系统或流水线设计至关重要。举个例子，书中关于握手协议（Handshaking Protocol）的几种常见实现方式的对比分析，如果仅靠文字描述，很容易混淆，但作者通过并排放置不同协议的时序图，并用高亮标记出数据有效和确认信号的传输时序，使得原本抽象的概念瞬间具象化。这不仅节省了大量的阅读时间，更重要的是避免了因理解偏差而导致的后续错误。它体现了作者对于“有效沟通”的深刻理解——技术文档的最高境界，就是让读者能够迅速、无歧义地捕捉到核心信息。这种对细节的极致追求，使得这本书的阅读体验非常流畅且高效。

评分☆☆☆☆☆