A First Course in Digital Systems Design pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Uyemura, John P.

出品人:

页数:516

译者:

出版时间:1999-4

价格:$ 280.18

装帧:

isbn号码:9780534934125

丛书系列:

图书标签:

数字系统设计
数字逻辑
计算机组成原理
FPGA
Verilog
VHDL
电路设计
嵌入式系统
数字电路
硬件设计

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具体描述

This book provides a new paradigm for teaching digital systems design. It puts forth the view that modern digital logic consists of several interacting areas that combine in a cohesive fashion. This includes traditional subjects such as Boolean algebra, logic formalisms, Karnaugh maps, and other classical topics. However, it goes beyond these subject areas by including VHDL, CMOS, VLSI and RISC architectures to show what the field looks like to a modern logic designer. Modern digital design is no longer practiced as a stand-alone art. The integrated approach used in this book is designed to ensure that graduating engineers are prepared to meet the challenges of the new century.

探索数字世界的基石：一场严谨而迷人的设计之旅数字系统，作为现代科技的脉搏，无处不在地驱动着我们的生活，从智能手机的闪电般运算，到全球网络的数据洪流，再到精密医疗设备的运作，无不依赖于其精妙的设计与可靠的执行。本书并非仅仅是介绍数字系统设计的技术手册，而是一次引导读者深入理解数字世界底层逻辑的严谨探索。它将带您踏上一场引人入胜的设计之旅，从最基本的逻辑门电路出发，层层递进，直至构建出复杂而强大的数字系统。本书的独特之处在于，它以一种高度系统化且富有洞察力的方式，拆解并重构了数字系统设计的核心概念。我们不会回避那些看似基础却至关重要的理论，反而会将其视为构建更宏大工程的坚实基石。您将学习到，如何将抽象的逻辑函数转化为具体的硬件实现，理解不同逻辑门组合所蕴含的强大力量，以及如何运用布尔代数这一强大的数学工具来优化和简化电路设计。从零开始，构建逻辑的王国：旅程始于最基础的逻辑门，如AND、OR、NOT、NAND、NOR和XOR。您将深入理解它们的真值表、逻辑符号以及在现实电路中的物理实现。这不是简单的记忆，而是要理解它们如何响应输入信号，以及如何成为构建更复杂功能的基本单元。在此基础上，我们将探讨组合逻辑电路的构建，例如加法器、减法器、编码器、译码器和多路选择器。您将学习到如何根据具体需求，设计出能够执行特定算术或逻辑运算的电路，并掌握使用卡诺图（Karnaugh Maps）和真值表化简逻辑表达式的艺术，从而实现最高效、最可靠的电路设计。时序的魔力，记忆的奥秘：数字系统并非只有瞬间的响应，更需要能够“记住”状态并随时间演进。本书将深入探讨时序逻辑电路，这是数字系统能够存储信息、执行序列操作的关键。您将认识到触发器（Flip-flops）和寄存器（Registers）的强大之处，它们是构建内存单元和状态机的基本构件。我们将详细解析D触发器、JK触发器、T触发器的工作原理，理解时钟信号在同步时序逻辑中的核心作用。更进一步，您将学习如何设计有限状态机（Finite State Machines，FSM），这是一种强大的模型，用于描述和设计具有特定行为序列的数字系统，例如交通灯控制器、序列检测器等。通过FSM，您将领略如何将抽象的流程转化为具体的硬件实现，赋予电路“智慧”与“记忆”。硬件描述语言：设计者的强大羽翼：现代数字系统设计离不开硬件描述语言（Hardware Description Languages，HDL）。本书将引导您掌握一种或多种主流HDL（例如，Verilog或VHDL），将其作为描述、仿真和综合数字电路的强大工具。您将学习如何用代码来表达逻辑功能，如何进行行为级和结构级建模，并通过仿真来验证设计的正确性。HDL的使用不仅能极大地提高设计效率，还能使设计者在抽象层面进行思考，专注于系统的功能而非底层的物理连接。本书将为您展示如何将前述的逻辑设计原理，通过HDL转化为可被综合工具理解和实现的代码，最终映射到实际的硬件。从概念到实现的桥梁：综合与布局布线：理解了逻辑设计和HDL的编写，下一步就是将这些抽象的设计转化为实际的物理芯片。本书将为您揭示逻辑综合（Logic Synthesis）的过程，即设计工具如何将HDL代码翻译成门级网表（Netlist）。您将了解综合工具的工作原理，以及如何通过约束和优化来影响综合结果，以满足时序、面积和功耗等设计目标。随后，我们将触及布局布线（Place and Route）的概念，这是将门级网表映射到具体芯片结构（例如FPGA或ASIC）上的关键步骤。虽然本书的重点并非深入讲解具体的EDA工具操作，但它会为您提供对这些复杂过程的清晰认识，理解物理实现对设计性能的影响。超越基础：系统设计的更高维度：本书并非止步于基本电路的设计。我们将进一步探讨更高级的数字系统设计主题，例如：数据通路与控制器设计：理解一个完整的数字系统如何由处理数据的数据通路（Datapath）和控制数据通路操作的控制器（Controller）共同组成。您将学习如何协同设计这两个部分，以实现如CPU或数字信号处理器（DSP）等复杂功能。存储器接口与设计：现代数字系统离不开存储器。我们将探讨不同类型的存储器（如SRAM、DRAM）的工作原理，以及如何设计接口电路来高效地访问这些存储器。同步与异步设计考量：深入分析同步和异步设计各自的优缺点，以及在不同场景下选择合适设计方法的依据。这将帮助您构建更健壮、更具鲁棒性的数字系统。时序分析基础：理解时序违例（Timing Violations）的产生原因，以及如何通过时序分析来确保设计的可靠性，特别是在高频率运行时。面向未来，迎接挑战：本书的编写理念是，理论与实践并重，基础与前沿兼顾。我们旨在为读者打下坚实的理论基础，使其能够理解数字系统设计的深层原理，并具备独立分析和解决问题的能力。通过本书的学习，您将不仅仅是掌握一门技术，更是培养一种系统性思维和严谨的工程素养。本书的章节结构经过精心设计，力求逻辑清晰，层层递进。每一个概念的引入都伴随着详实的解释、生动的实例和必要的图示。我们鼓励读者主动思考，动手实践，将所学知识应用于实际问题的解决。无论是对于渴望进入数字集成电路设计领域的研究生，还是希望深入理解计算机硬件工作原理的本科生，亦或是需要巩固和拓展数字设计知识的工程师，本书都将是一份宝贵的学习资源。通过这场严谨而迷人的设计之旅，您将不再仅仅是数字产品的使用者，而是能够深刻理解并亲手构建这些数字奇迹的创造者。您将能够审视那些闪烁着智慧光芒的芯片，理解它们背后精妙的逻辑与设计的智慧。这是一本关于理解、关于构建、关于创造的书，它将为您打开通往数字世界更深层次的大门。