数字逻辑课程设计实训教程

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出版者:人民邮电出版社
作者:
出品人:
页数:213
译者:
出版时间:2013-2
价格:29.80元
装帧:
isbn号码:9787115284235
丛书系列:
图书标签:
  • 设计
  • 数电
  • 06-数据分析
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具体描述

《数字逻辑课程设计实训教程(21世纪高等院校信息与通信工程规划教材)》深入浅出地介绍数字逻辑系统设计的基础知识、基本理论和基本方法,指导学生循序渐进地独立完成数字逻辑系统的设计,并结合EDA技术,介绍最新的数字系统设计方法。以Multisim10.0、QuartusⅡ软件为平台,介绍了FPGA/CPLD器件、Verilog硬件描述语言等现代数字系统设计的相关知识,以大量经过验证的数字设计实例为依据,系统阐述了数字系统设计的方法与技术。

《数字逻辑课程设计实训教程(21世纪高等院校信息与通信工程规划教材)》紧密联系教学实际,着眼于实用,实例丰富,并瞄准电子线路设计领域主流的设计思想和技术,能够将学生的纯理论知识转化为更有意义的实践能力,有利于扩展学生的视野和培养学生的独立研究能力。

《21世纪高等院校信息与通信工程规划教材:数字逻辑课程设计实训教程》可供高等院校电子类专业作为实训教材使用,也可供相关行业从业人员参考。

本书由师亚莉统稿。

编程思维与数据结构实战指南 内容简介 本书聚焦于构建坚实的计算机科学基础,深入剖析程序员必备的编程思维模式和核心的数据结构与算法知识体系。我们摒弃了对特定语言语法的冗余介绍,转而强调如何像计算机科学家一样思考问题,并掌握解决复杂计算挑战的通用工具集。全书结构严谨,从抽象概念的理解过渡到具体问题的分解与优化,旨在培养读者独立分析问题、设计高效解决方案的能力。 第一部分:编程思维的建立与进阶 本部分旨在为读者奠定坚实的认知基础,理解软件开发的本质流程和高效的思维路径。 第一章 问题的解构与建模:从现实到代码的桥梁 本章详细阐述了如何将一个模糊的现实世界需求转化为清晰、可执行的计算模型。我们引入领域驱动设计(DDD)的基本理念,探讨如何识别关键实体、关系和操作。重点分析了不同类型的抽象层次——从物理抽象到逻辑抽象的转换过程。内容包括:如何通过状态机模型描述动态系统,如何利用图论思想表示复杂的相互依赖关系,以及如何使用约束满足的视角来审视问题边界。本章强调的是“思考”而非“编码”,目标是确保在动手之前,对问题的全貌和潜在的性能瓶颈有深刻的洞察。 第二章 算法设计范式:驾驭复杂性的哲学 算法设计并非一蹴而就的技巧,而是一套成熟的解决问题范式。本章系统梳理了主流的算法设计哲学: 分治法(Divide and Conquer): 深入剖析递归的内在机制,以快速排序和归并排序为例,探讨如何安全地设置基线条件和合并策略,确保分治的有效性。 动态规划(Dynamic Programming): 这是本书的重点之一。我们不再仅仅停留在背诵递推公式,而是聚焦于最优子结构和重叠子问题的识别。通过经典的背包问题、最长公共子序列等案例,详细演示了自顶向下(带记忆化)和自底向上(递推表)的实现路径,并讨论了状态转移方程的构建逻辑。 贪心算法(Greedy Algorithms): 分析贪心选择的性质和局部最优如何导向全局最优的条件,重点剖析了霍夫曼编码和活动安排问题,揭示其适用边界。 回溯法与分支限界(Backtracking and Branch and Bound): 针对NP难问题的探索策略。回溯法用于系统地搜索解空间,而分支限界法则引入了剪枝机制以提高效率,我们在旅行商问题(TSP)的简化模型中展示了如何设置有效的界限函数。 第二部分:核心数据结构的深度实现与优化 本部分是技术栈的基石,每一个数据结构都对应着对特定访问模式的优化选择。我们不仅介绍“如何使用”,更深入探讨“为何如此设计”。 第三章 线性与集合结构的高效管理 本章关注那些管理有序或无序元素的结构: 数组与链表深度探究: 比较静态分配与动态分配的内存开销和访问速度差异。特别讨论了双向链表在插入和删除操作中的优势,以及循环链表在特定场景下的应用(如缓冲区管理)。 栈与队列的抽象实现: 重点在于基于不同底层结构(数组或链表)实现它们,并讨论双端队列(Deque)如何灵活地处理边界条件。 散列表(Hash Table)的性能极限: 这是现代编程中不可或缺的部分。我们详尽讲解了散列函数的设计原则(均匀性、雪崩效应),以及处理冲突的策略:链式法(Linked Hashing)和开放定址法(线性探测、二次探测、双重散列)。本章会给出如何选择装载因子(Load Factor)和调整表的关键指标分析。 第四章 树形结构:层次化数据的组织艺术 树是处理层次关系和有序数据的核心工具。 二叉树与遍历策略: 系统梳理先序、中序、后序遍历的逻辑,并探讨层序遍历(BFS)的实现机制(通常依赖队列)。 二叉搜索树(BST)的性能瓶颈与平衡: 分析了最坏情况下BST退化为链表的性能问题。随后,我们将引入自平衡树的概念,详细讲解AVL树和红黑树(Red-Black Tree)的旋转操作和平衡维护规则,重点理解它们如何保证对数时间复杂度内的查找、插入和删除。 堆(Heap)及其应用: 介绍最大堆和最小堆的结构特性,并展示如何使用堆来实现优先队列,以及其在堆排序算法中的应用,分析其时间复杂度优势。 B树与B+树: 针对外部存储(磁盘I/O)场景设计的结构。本章将解释它们如何通过增加节点的分支因子来减少树的高度,从而最小化I/O次数,这是数据库索引设计的核心。 第五章 图结构:网络与连接的建模 图论是解决网络、路线规划和依赖关系问题的关键。 图的表示方法: 详细对比邻接矩阵和邻接表的优劣,尤其是在稀疏图和稠密图中的内存占用和操作效率差异。 图的遍历算法: 深入探讨深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)在图结构中的应用,包括拓扑排序和查找连通分量。 最短路径问题: 涵盖Dijkstra算法(单源最短路径,无负权边)和Bellman-Ford算法(处理负权边,检测负环)的原理和实现细节。对于多源最短路径,介绍Floyd-Warshall算法的动态规划思想。 最小生成树(MST): 讲解Prim算法和Kruskal算法,对比它们在构建MST过程中的侧重点和效率考量。 第三部分:高级主题与性能分析 本部分将理论知识与实际性能优化相结合。 第六章 内存管理与性能分析 有效的程序依赖于对资源消耗的精确控制。 时间复杂度和空间复杂度分析(Big O): 建立严格的数学分析框架,区分最好、最坏和平均情况下的性能表现。理解常数因子和高阶项的重要性。 缓存局部性原理: 解释时间局部性和空间局部性对程序运行速度的决定性影响。分析如何通过调整数据访问模式(例如,优化循环嵌套顺序)来提高缓存命中率,从而加速代码执行。 渐进分析的应用: 将前两部分介绍的算法和数据结构放在实际的负载场景下进行对比,例如,在数据量达到百万级别时,哈希表和平衡树的选择依据。 第七章 实用算法与模式集成 本章展示如何将前述工具组合起来解决更复杂的实际问题。 字符串匹配算法: 超越朴素匹配,深入研究KMP(Knuth-Morris-Pratt)算法的“失效函数”设计思想,以及Rabin-Karp算法中的滚动哈希技术。 几何计算的初步: 简要介绍凸包问题和最近点对问题,展示如何利用分治策略在二维空间中应用数据结构。 并发数据结构概述: 引入锁和无锁设计的概念,简要讨论在多线程环境下如何设计线程安全的栈、队列和哈希表,为后续系统并发编程打下基础。 总结 本书的最终目标是让读者建立一个灵活、高效的“工具箱”,并掌握在面对任何新问题时,都能迅速定位到最合适的结构和算法范式,从而设计出高性能、可维护的软件系统。内容覆盖了从底层计算模型到高级优化策略的全景图。

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读后感

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用户评价

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说实话,我对这本书的期望值起初并没有那么高,觉得大概就是市面上那种“写给初学者看的”教程,内容会比较浅显。但翻开后,惊喜还是不少的。它在内容的组织上,感觉是为有一定基础,但又想巩固和深化数字逻辑设计实践的读者量身定做的。书中的章节安排,并没有把所有概念一股脑儿堆砌,而是按照一个逻辑递进的顺序,从基础的门电路,到触发器、寄存器,再到状态机和微处理器基础,层层递进,每个部分都有足够的篇幅去深入讲解,并且不忘结合实际的硬件实现。我比较关注书中的实训部分,它提供了很多非常实用的案例,不仅仅是简单的逻辑功能实现,还涉及到一些小型的系统设计。比如,书中有一个关于简易交通灯控制器的设计,这个案例就很好地将状态机理论与实际电路构建结合起来,让我体会到了如何将抽象的状态转移用硬件来实现。而且,书中给出的代码示例(虽然它主要是基于硬件描述语言)和电路图非常详细,注释也比较到位,即使是之前没接触过某些特定的工具或语言,也能通过跟随书中的指导,逐步掌握。更让我赞赏的是,书中在介绍一些高级概念时,并没有回避其背后的原理,而是尝试用一种比较易于理解的方式去解释,例如在讲解时序逻辑中的冒险和竞争时,就提供了相应的解决方案和电路改进方法,这对于实际的工程应用至关重要。

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当我拿到这本《数字逻辑课程设计实训教程》时,我主要看重的就是其“课程设计”这个关键词,因为我一直在寻找一本能够将理论知识与实际课程项目紧密结合的教材。这本书在这一点上做得相当不错。它不仅仅是罗列知识点,而是将整个数字逻辑课程设计的大纲和脉络都清晰地呈现在读者面前。我尤其欣赏书中对于课程设计流程的详细介绍,从需求分析、概念设计,到详细设计、实现和测试,每一个环节都有相应的指导和实例。比如,在讲解如何进行需求分析时,它会通过几个典型的课程设计项目作为引子,分析这些项目需要满足的功能和性能要求,然后引导读者思考如何将这些要求转化为可实现的逻辑电路。接着,在概念设计阶段,书中会介绍不同的设计方法和策略,比如自顶向下和自底向上,以及如何选择合适的模块和接口。最让我觉得有帮助的是,书中为每一个阶段都提供了具体的实践指导。例如,在详细设计阶段,它会教授如何使用硬件描述语言(HDL)来描述电路,并提供了大量的代码示例,这些示例不仅功能完整,而且注释清晰,方便理解。在实现阶段,书中还会指导如何将设计的电路部署到FPGA开发板上,进行实际的硬件验证。最后,在测试阶段,它还会介绍各种测试方法,比如功能测试、性能测试和时序分析,并给出相应的测试向量和波形。这些内容对于完成一个完整的课程设计项目来说,是不可或缺的。

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从我个人的角度来说,我希望找到一本能够帮助我深入理解数字逻辑设计中的一些关键性概念,并且能够提供足够多的实践机会的书。这本《数字逻辑课程设计实训教程》在这一点上,可以说是满足了我的需求。书中在讲解基础逻辑门电路之后,会非常顺畅地过渡到更复杂的组合逻辑和时序逻辑设计。我喜欢它在讲解状态机时,不仅提供了状态转移图和状态表,还会给出详细的HDL代码实现,并且对代码中的关键部分进行解释。更重要的是,它会引导读者思考如何从需求出发,一步步抽象出状态机,而不是直接给出一个现成的模型。让我印象深刻的是,书中有一个关于数据传输和存储的章节,它详细介绍了不同类型的寄存器和存储器的工作原理,并且提供了使用这些器件设计复杂数据通路的设计案例。这些案例的实用性很强,能够帮助我理解如何在实际系统中组织和处理数据。而且,书中对于异步逻辑和同步逻辑的处理,以及如何避免亚稳态等问题,都有比较深入的讨论,这对于我将来进行实际的硬件设计非常有益。另外,我注意到书中还涉及了一些关于可编程逻辑器件(PLD)和FPGA应用的内容,这让我看到了将数字逻辑设计理论转化为实际硬件产品的可能性,也为我后续的学习和实践指明了方向。这本书的优点在于,它并没有仅仅停留在理论的堆砌,而是通过丰富的实例和详细的步骤,将理论与实践紧密结合,让读者在动手操作中真正掌握数字逻辑设计的核心技术。

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这本书我拿到手里的时候,主要就是想找一个能够系统地梳理和提升我数字逻辑设计实操能力的工具。它给我的感觉是,它不仅仅是在教你“如何设计”,更是在教你“如何思考”和“如何去解决问题”。书中的理论部分,虽然不算特别深入地挖掘底层原理,但覆盖面很广,而且在讲解时,始终围绕着“如何将这些理论应用到实际设计中”这个核心。我特别喜欢它在讲解一些复杂的逻辑电路时,会提供不止一种设计方案,并且对不同方案的优缺点进行比较和分析。比如,在设计一个计数器时,它可能会介绍同步计数器和异步计数器的区别,以及各自的应用场景,甚至还会探讨如何优化时序,减少功耗。这种深入的分析,让我不仅仅停留在“会做”的层面,更能理解“为什么这样做”以及“怎样做得更好”。在实训项目方面,这本书提供的项目确实非常有代表性,而且覆盖了数字逻辑设计中的一些经典应用,比如简单的ALU(算术逻辑单元)设计,或者一个简易的数据通路。它会一步步引导读者完成整个设计过程,从最初的逻辑功能定义,到HDL代码的编写,再到仿真验证,最后甚至会涉及到一些PCB设计的基础概念,虽然PCB部分可能介绍得相对简略,但足以让读者对整个设计流程有一个初步的认识。我尤其看重的是,书中在讲解过程中,会时常提醒读者一些在实际工程中容易被忽视的细节,比如时钟域处理,复位逻辑的设计,以及如何进行代码的模块化和可重用性设计。这些经验性的指导,对于我从学生思维转向工程师思维,有非常大的帮助。

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这本书我之前就一直想找一本综合性强的数字逻辑设计实训教材,市面上确实有不少,但很多要么理论讲得太深奥,要么实训部分过于简单,让我觉得实操性不够。偶然间翻到了这本《数字逻辑课程设计实训教程》,我主要看中了它“实训教程”这几个字,想着应该能弥补我之前遇到的不足。拿到手后,我对它的编排结构和内容深度有了更深的了解。书中开篇就从最基础的逻辑门电路讲起,理论阐述清晰明了,不像有些书上来就用抽象的概念轰炸读者。更重要的是,它没有停留在理论层面,很快就过渡到了实际的电路设计和仿真环节。我特别喜欢它在每个章节后都配有详细的实训项目,这些项目由浅入深,从简单的组合逻辑电路设计,到后面更复杂的序向逻辑电路应用,都给出了非常具体的指导。我跟着书中的步骤,一步步搭建电路,并通过仿真工具验证结果,整个过程体验非常好,感觉自己真的在动手做设计。书中的图示也相当丰富,包括电路图、时序图、波形图等,这对于我这种视觉型学习者来说,简直是福音,能让我更直观地理解复杂的逻辑关系。而且,书中在讲解过程中,还会穿插一些工程实践中会遇到的问题和注意事项,这比单纯的理论知识更有价值,能够帮助我提前规避一些可能遇到的坑。

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