Sequential Logic

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出版者:CRC Pr I Llc
作者:Cavanagh, Joseph
出品人:
页数:912
译者:
出版时间:2006-6
价格:$ 164.92
装帧:HRD
isbn号码:9780849375644
丛书系列:
图书标签:
  • 数字逻辑
  • 时序逻辑
  • 电路设计
  • 计算机组成原理
  • 数字系统设计
  • 状态机
  • 触发器
  • 计数器
  • 存储器
  • FPGA
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具体描述

Until now, there was no single resource for actual digital system design. Using both basic and advanced concepts, "Sequential Logic: Analysis and Synthesis" offers a thorough exposition of the analysis and synthesis of both synchronous and asynchronous sequential machines. With 25 years of experience in designing computing equipment, the author stresses the practical design of state machines. He clearly delineates each step of the structured and rigorous design principles that can be applied to practical applications.The book begins by reviewing the analysis of combinatorial logic and Boolean algebra, and goes on to define sequential machines and discuss traditional and alternative methods for synthesizing synchronous sequential machines. The final chapters deal with asynchronous sequential machines and pulse-mode asynchronous sequential machines. Because this volume is technology-independent, these techniques can be used in a variety of fields, such as electrical and computer engineering as well as nanotechnology. By presenting each method in detail, expounding on several corresponding examples, and providing over 500 useful figures, "Sequential Logic" is an excellent tutorial on analysis and synthesis procedures.

《电子线路基础:从开关到状态机》 本书旨在为初学者和希望系统梳理电子学知识的读者提供一个扎实的起点,深入浅出地介绍电子线路的基本原理与应用。我们不局限于某一特定领域,而是从最基础的电子元件入手,逐步引导读者理解其工作机制,进而构建更复杂的电路。 第一部分:元器件的语言 我们将从“电”这个最基本的概念谈起,介绍电流、电压、电阻等核心要素,并深入剖析电阻、电容、电感这三大基础无源元件的特性。读者将了解它们在电路中的作用,如何影响信号的流动与储存。随后,我们将聚焦于主动元件,详细讲解二极管的单向导电性,以及不同类型的晶体管(如 BJT 和 MOSFET)作为开关和放大器的原理和应用。理解这些基本元器件的“语言”,是构建任何电子电路的基础。 第二部分:信号的传递与变换 在此部分,我们将探讨电路如何处理和改变信号。线性电路部分将涵盖基本的串联和并联电阻网络,基尔霍夫定律的应用,以及 RC、RL 和 RLC 电路的瞬态响应和稳态响应。读者将学习如何分析和设计这些电路,理解信号在其中的衰减、滤波和振荡特性。 随着对线性电路的深入,我们将转向非线性电路。重点在于各种运算放大器(Op-amp)的特性,如理想运放模型、同相放大器、反相放大器、加法器、减法器、积分器和微分器等。这些通用模块是构建许多信号处理电路的基石。同时,我们将介绍比较器,以及它们在阈值检测和波形整形中的作用。 第三部分:逻辑的构建 本部分将是本书的重点,我们将正式进入数字电子领域。从最基础的逻辑门(AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR)入手,解释它们在布尔代数下的逻辑运算。读者将学习如何使用逻辑门构建组合逻辑电路,例如编码器、译码器、多路复用器(MUX)和分路器(DEMUX)。这些电路在数据选择、信号分配等场景中至关重要。 我们将进一步探讨数字电路的存储能力,介绍基本的存储单元——触发器(Flip-flop)。详细讲解 SR 触发器、D 触发器、JK 触发器和 T 触发器的工作原理、状态转换图和时序图。理解触发器是如何在外部时钟信号的作用下,在不同状态之间切换的,是理解所有时序逻辑电路的基础。 第四部分:状态与时序 在掌握了触发器后,我们将进入更高级的时序逻辑电路设计。读者将学习如何使用触发器和组合逻辑构建计数器(如二进制计数器、十进制计数器)和移位寄存器。这些电路在定时、数据移动和模式生成等方面有着广泛应用。 本书的高潮将是状态机的设计。我们将介绍有限状态机(FSM)的概念,包括梅利型(Mealy)和摩尔型(Moore)状态机的区别,以及如何通过状态转换图和状态表来描述和设计一个状态机。读者将学习如何将一个实际的控制问题转化为状态机的设计,并通过触发器和逻辑门来实现。这将使读者能够设计出能够响应输入序列并根据内部状态改变输出的智能电路,例如交通灯控制器、串行通信接口的控制器等。 第五部分:实践与进阶 为了巩固理论知识,本书的最后部分将提供一些实际的电路设计案例分析。我们将选取一些典型的应用场景,如简单的数码显示驱动、时钟电路、基本的模数转换(ADC)和数模转换(DAC)概念的引入,以及简单的微控制器(MCU)架构的概述,但不会深入到具体的 MCU 编程。我们将强调电路设计过程中的调试技巧、元件选择原则以及性能评估方法。 学习目标: 通过学习本书,读者将能够: 理解电子元件的基本工作原理。 分析和设计基本的模拟和数字电路。 掌握组合逻辑和时序逻辑电路的设计方法。 理解状态机的概念并能进行基本的状态机设计。 为进一步学习更复杂的电子系统打下坚实基础。 本书内容循序渐进,语言通俗易懂,辅以清晰的图示和实例,力求让读者在轻松的氛围中掌握电子线路的核心知识。无论你是对电子学充满好奇的初学者,还是希望系统回顾和巩固知识的在校学生或从业人员,本书都将是你理想的学习伴侣。

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读后感

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用户评价

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说实话,这本书的学术严谨性毋庸置疑,但阅读过程中的那种“智力挑战”远超我的预期。它更像是一本为专业研究人员准备的参考手册,而不是面向普通爱好者的入门科普读物。书中大量采用了数学上的严谨论证来支撑结论,比如在分析竞争冒险时,引入了格雷码(Gray Code)的结构特性,并用集合论的语言来定义状态的邻接关系,这种深挖根源的做法,虽然让理论无懈可击,但也使得理解的门槛陡然升高。我不得不频繁地查阅离散数学和数理逻辑的补充材料,才能跟上作者的思路。书中对于如何设计和验证大规模同步系统的部分,尤其是关于时钟域交叉(CDC)的初级介绍,虽然篇幅不长,但其提出的解决方案思路颇为新颖,强调了握手协议和异步FIFO的设计哲学,这比教科书上常见的简单双寄存器同步法要高明得多。如果非要挑剔,我认为书中对FPGA和ASIC设计流程的结合描述相对薄弱,更多聚焦于纯粹的逻辑层面,对于现代半导体设计中的实际工具链和综合流程的提及较少,这使得理论与“落地”之间似乎还隔着一层“工业实践”的迷雾。

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这本书的最大亮点在于其对“时间”这一维度在数字系统中处理的独特视角。作者成功地将抽象的“时序”概念具体化、可视化。我特别欣赏其中关于时钟抖动(Jitter)和建立保持时间(Setup and Hold Times)的讨论。作者没有将这些参数视为简单的数字,而是将其置于一个动态的、充满不确定性的物理环境中进行分析。他详细讲解了时钟树综合(Clock Tree Synthesis, CTS)对时序裕度的影响,甚至引用了一些半导体物理学的基本原理来解释为什么时钟信号的分配会成为瓶颈。这种跨学科的融合,让《Sequential Logic》脱离了传统数字电子学教材的窠臼,变得更加贴近现实世界中高速芯片设计的挑战。此外,书的结尾部分关于测试性设计(Design for Testability, DFT)的介绍,虽然只是一个概述性的章节,但它清晰地指出了在序列逻辑电路中实现可测性(如扫描链的构建)的关键挑战,这对于未来从事硬件验证和故障诊断的读者来说,是极具前瞻性的知识储备。尽管阅读需要高度集中精神,但每次攻克一个复杂的时序分析案例,都带来巨大的成就感。

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这本《Sequential Logic》的封面设计非常引人注目,深沉的蓝色调中点缀着错综复杂的电路图样,立刻给人一种专业而又神秘的感觉。我抱着极大的期待翻开了第一页,原本以为会是枯燥的理论堆砌,没想到作者用一种近乎叙事的口吻,将那些抽象的逻辑门和时序电路的运作原理娓娓道来。书中对触发器(Flip-Flops)的讲解尤为深入,不仅仅是罗列公式,而是通过一系列精妙的类比,让我这个初学者也能迅速抓住其核心概念,比如如何通过“记忆”来实现状态的转换,这比我之前看过的任何教材都要生动形象。尤其值得称赞的是,作者在介绍同步逻辑设计时,穿插了许多历史上的经典案例,比如早期的计数器设计,这让学习过程不再是孤立的知识点梳理,而是有血有肉的技术演进史。读到中间部分,那些关于有限状态机(FSM)的章节,作者展现了极高的教学天赋,他没有直接抛出复杂的卡诺图化简,而是先从实际的交通灯控制系统入手,层层递进,把状态转移图的绘制和状态编码的优化讲得透彻无比,即便是第一次接触状态机设计的读者,也能体会到那种“原来如此”的豁然开朗。全书的排版清晰,图表质量上乘,使得那些复杂的波形图和真值表也变得易于阅读和分析,这本书无疑为数字逻辑设计领域贡献了一部极具实用价值的指南。

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阅读体验可谓是一波三折,这本书给我的感受是,它在某些深度上令人赞叹,但在另一些基础普及上又显得力有不逮。比如,对于状态机设计中的“竞争冒险”现象的讨论,作者的处理方式非常细致,他没有回避这个在实际硬件实现中至关重要的难点,反而用了一个专门的章节来剖析毛刺的产生机制以及如何使用锁存器或延迟元件来规避,这显示了作者深厚的工程实践背景。然而,在对组合逻辑电路的布尔代数化简部分,我个人觉得略显仓促。似乎作者急于跳过这些“基础体操”,直接进入到时序电路的核心讨论。对于一个自学数字电路的工程师来说,这些前置的基础知识点往往是构建后续复杂模型的基石,如果处理得不够扎实,后续学习的信心很容易受挫。我希望能看到更多关于如何系统化地选择化简方法的对比分析,而不是仅仅展示了最终的简化结果。不过,全书在介绍寄存器组和移位寄存器时,又重新找回了高水准。特别是关于循环移位和并行加载的设计实例,作者通过细致的时序图分析,清晰地展示了控制信号在不同工作模式下的精确时序关系,这点对于理解高性能处理器的流水线设计打下了坚实的基础。总的来说,这是一本适合已经有一定数字电路基础,想要深入理解时序系统高级设计的进阶读物。

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坦白说,这本书的结构安排和内容深度,让我一度怀疑自己是否完全具备解读它的能力。它更像是一本“如何思考时序逻辑问题”的思维导图,而不是一本“如何计算”的工具书。最让我感到震撼的是作者对“非确定性”处理的哲学探讨。在描述异步电路和竞争条件时,作者没有采用简单地“避免”的策略,而是深入探讨了如何设计出对输入延迟不敏感的电路,这涉及到对毛刺的概率论分析,引入了更高级的数学工具来处理系统中的随机变量。这种对边界条件和异常情况的偏执探索,是这本书区别于其他同类书籍的关键所在。我发现书中对于反馈回路的稳定性分析部分,用了大量的微分方程和反馈理论知识,这部分内容对于纯粹的数字工程师来说,可能显得过于“模拟化”和晦涩,我不得不跳过一些推导细节,转而关注其得出的结论和设计指导原则。尽管如此,这本书仍然为我打开了一扇新的大门,让我认识到,时序逻辑的设计,本质上是对时间不确定性的管理和控制,而不仅仅是布尔运算的序列化。这是一本需要反复研读、并随时准备好查阅外部资料才能完全吸收的硬核之作。

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