电子学与计算机(1)--中国大百科全书(甲精)

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出版者:中国大百
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价格:62
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isbn号码:9787500000815
丛书系列:中国大百科全书第一版
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具体描述

《现代电子技术与计算机系统》—— 跨越信息时代的基石 图书简介 本书旨在为读者构建一个全面、深入且与时俱进的电子学与计算机技术知识体系。它并非对某一特定百科全书条目的简单罗列或复述,而是深入挖掘了现代电子技术的核心原理、发展脉络及其与当代计算机系统之间错综复杂的相互作用。全书从最基础的半导体物理与电路理论出发,逐步攀升至复杂的微处理器架构、嵌入式系统设计,并最终探讨了大数据、人工智能时代对底层硬件提出的新要求。 第一部分:电子学的基石与演进 第一章:半导体物理与器件基础 本章详尽阐述了构成现代电子世界的物质基础——半导体材料的特性。从能带理论、载流子输运机制入手,详细剖析了PN结的形成、特性以及由此衍生的二极管和三极管的基本工作原理。重点对双极性晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET),特别是MOSFET的结构、工作区划分和关键参数进行了细致的讲解。讨论了集成电路(IC)制造工艺的重大进步,如光刻技术、薄膜沉积与刻蚀,解释了摩尔定律如何在物理层面上得以持续实现。 第二章:模拟电路的精髓 本章聚焦于处理连续信号的电子回路。内容涵盖了运算放大器(Op-Amp)的理想模型及其在反相、同相、积分、微分等基本运算中的应用。系统讲解了滤波器的设计理论(如巴特沃斯、切比雪夫滤波器),频率响应分析方法,以及信号源、电源管理电路(线性稳压与开关模式电源)的设计考量。此外,还探讨了信号的调变与解调技术在通信电子学中的基础作用。 第三章:数字逻辑与电路设计 这是连接模拟世界与数字世界的桥梁。本章深入讲解了布尔代数、逻辑门家族(TTL, CMOS)的特性与功耗差异。随后,篇幅集中于组合逻辑电路(如编码器、译码器、多路复用器)和时序逻辑电路(如触发器、寄存器、计数器)的设计与分析。详细介绍了有限状态机(FSM)的设计方法论,为后续的微处理器设计奠定了理论基础。 第二部分:计算机系统的核心构建 第四章:指令集架构与处理器设计 本部分是全书的核心之一。我们首先区分了复杂指令集计算机(CISC)和精简指令集计算机(RISC)的设计哲学,并以现代主流架构(如ARM、x86)为例进行分析。详细解释了指令的编码、寻址方式和数据通路设计。重点深入讲解了提高处理器性能的关键技术:流水线技术(Pipeline Hazards处理)、分支预测机制以及乱序执行(Out-of-Order Execution)的实现细节。 第五章:存储器层次结构与I/O管理 本章系统梳理了现代计算机的存储系统。从寄存器到主存(DRAM),再到外存(SSD/HDD)的完整层次结构被细致剖析。对高速缓存(Cache)的工作原理,包括映射策略(直映、组关联、全关联)、写回/写穿策略、以及缓存一致性问题进行了详尽的讨论。同时,探讨了输入/输出(I/O)系统的设计,包括总线结构(如PCIe)、中断机制和直接内存访问(DMA)如何实现高效的数据传输。 第六章:操作系统与硬件交互 本章着重于软件与硬件的接口。讲解了操作系统的基本功能,如进程管理、内存管理(分页、分段、虚拟内存)和文件系统设计。深入分析了系统调用(System Call)的机制,它是用户态程序请求内核服务的关键。探讨了并发控制和同步机制(如信号量、互斥锁)在多核环境下的重要性,以及如何通过硬件支持(如特权级、内存保护单元)来确保系统的稳定与安全。 第三部分:前沿交叉领域与未来展望 第七章:嵌入式系统与实时性保证 本章聚焦于专用于特定任务的计算机系统。详细介绍了微控制器(MCU)的架构特点,特别是其片上资源(定时器、ADC、通信接口如SPI/I2C/UART)。讨论了实时操作系统(RTOS)的核心概念,如任务调度算法(优先级继承、轮转)、中断延迟分析,以及如何通过硬件和软件协同设计来满足严格的时序要求。 第八章:专用加速器与异构计算 面对冯·诺依曼瓶颈和深度学习的爆发性需求,本章探讨了专用硬件加速器的兴起。详细介绍了图形处理器(GPU)的并行计算模型(SIMT),以及它们如何通过海量流处理器实现高性能计算。此外,还讨论了现场可编程门阵列(FPGA)在定制硬件逻辑和低延迟应用中的独特优势,以及ASIC(专用集成电路)的设计流程。 第九章:集成电路的可靠性与功耗挑战 随着集成度不断提高,物理层面的挑战日益突出。本章分析了芯片设计中的热设计、电源完整性(PI)和信号完整性(SI)问题。深入探讨了亚阈值功耗、静电放电(ESD)防护以及先进封装技术(如2.5D/3D集成)对系统性能和可靠性的影响,展望了超越CMOS技术的潜在解决方案。 本书力求以严谨的工程思维和清晰的逻辑结构,将从基础物理到复杂系统实现的各个环节有机地串联起来,为工程师、研究人员和高年级学生提供一个深入理解现代电子与计算技术生态系统的权威参考。

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读后感

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这本书的系列属性——“中国大百科全书”这个品牌背书,本身就代表了一种极高的学术标准和严谨的审校流程。这意味着我不需要花费大量时间去甄别信息的真伪和准确性,可以直接信任其内容的权威性。我个人非常关注其中的计算机体系结构部分。我希望它能涵盖从冯·诺依曼结构到现代并行处理架构的演进脉络,并能清晰地解释内存层次结构和缓存一致性协议背后的物理和逻辑联系。这种自上而下的系统性阐述,对于构建扎实的理论基础至关重要。它应该能为我将来的深入研究提供一个坚实的理论基石,而不是零散的知识点堆砌。

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这本书的封面设计真是让人眼前一亮,那种经典的甲精风格,透着一股子沉稳和权威感。我特意把它放在书架最显眼的位置,每次路过,都能感受到它散发出的那种知识的厚重气息。内容上,虽然我还没有深入研读,但光是翻阅目录,就能感受到编撰者的用心良苦。这绝不是一本泛泛而谈的科普读物,而是那种能让你静下心来,深入探究事物本质的工具书。它仿佛是一扇通往微观世界的门,等待着我们去推开。我期待着能从中找到关于电子元器件设计的一些独到见解,尤其是一些前沿技术的底层逻辑,希望能帮助我理清一些模糊的概念。那种对知识体系的梳理和建构,才是这类百科全书中最为宝贵的财富。

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说实话,我购买这本书是抱着一种“朝圣”的心态。它不像是速食读物,更像是一部需要时间去品味的经典。我更看重的是它在概念定义和基础理论上的深度挖掘,而不是对最新潮流的热衷追赶。例如,在电子学部分,我希望能看到对半导体物理基础的深入浅出地讲解,而不是仅仅停留在器件符号的使用层面。计算机部分,我期待它能对操作系统内核的调度机制和并发控制的理论模型进行详尽的剖析。这本书对我而言,是用来建立知识体系框架的,它应该能提供那种一通百通的底层逻辑,让我无论面对何种具体的技术挑战,都能找到理论的根源和解决问题的思路。

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作为一名对信息技术领域抱有浓厚兴趣的业余爱好者,我一直在寻找一本能够系统梳理“电子学”和“计算机”这两大支柱学科交叉点的权威著作。市面上很多资料要么过于侧重硬件的理论推导,要么又过于偏向软件的应用层面,难以找到一个完美的平衡点。这本书的名称就直接点明了其宏大的目标,这让我充满了好奇。我特别留意了那些关于接口标准和信号完整性的章节,希望能从中找到一些工业界约定俗成的最佳实践。我希望能从更宏观的视角去理解,现代集成电路是如何与上层的软件架构进行高效协同的。这种跨学科的整合能力,才是衡量一本工具书是否真正“百科”的关键。

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拿到书的瞬间,那种纸张的质感和印刷的清晰度就让我觉得物有所值。相比于电子文档,实体书的阅读体验是无可替代的,尤其是在查阅技术细节时,可以随时做笔记和折角标记,建立起自己的知识地图。我设想着用它来作为我进阶学习的“字典”。比如,当我遇到一个晦涩的电子术语时,我希望这本书能提供一个清晰、准确,且带有历史背景的定义,而不是简单的术语解释。如果它能深入到某些经典电路拓扑的原理推导过程,并辅以精细的示意图,那就再好不过了。它应该是一本能经受住时间考验,并且随着我知识水平的提升,能不断从中挖掘出新意的宝藏。

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