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出版者:McGraw-Hill Science/Engineering/Math

作者:Donald P. Leach

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1994-01-20

價格:USD 137.33

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780028018218

叢書系列:

圖書標籤:

• 數字邏輯
• 數字係統
• 計算機組成原理
• 數字電路
• 邏輯設計
• 電子工程
• 嵌入式係統
• 可編程邏輯器件
• 數字電子技術
• 計算機硬件

深入探索現代電子工程的基石：數字電路與微處理器係統設計 《數字原理與應用》 旨在為電子工程、計算機科學以及相關領域的學生和專業人士提供一套全麵、深入且實用的數字係統設計與實現指南。本書超越瞭傳統邏輯電路的簡單介紹，著重於將理論基礎與現代前沿技術緊密結閤，培養讀者解決復雜數字係統問題的能力。 全書結構清晰，內容涵蓋從最基本的布爾代數和邏輯門到復雜的微處理器架構和可編程邏輯器件（PLD）的完整知識體係。我們堅信，對數字世界的深刻理解必須建立在堅實的數學和物理基礎之上，因此本書的敘述力求嚴謹而不失啓發性。 第一部分：數字係統的基礎構建塊 本部分為後續高級主題奠定不可或缺的理論基礎，重點在於理解信息如何以離散信號的形式被編碼、處理和存儲。 第一章：數字信號與二進製係統 本章從物理世界的模擬信號過渡到抽象的數字錶示，詳細闡述瞭數字信號的特性、采樣與量化過程中的關鍵概念。深入剖析瞭二進製、八進製、十六進製等不同數製之間的相互轉換，並詳細解釋瞭帶符號數錶示法（如原碼、反碼、補碼）在計算機內部進行算術運算的原理和優越性。此外，本章還引入瞭奇偶校驗等基礎的錯誤檢測方法。 第二章：布爾代數與邏輯門電路 作為數字電路設計的核心，本章係統地介紹瞭布爾代數的基本公理、定理及其在邏輯化簡中的應用。我們不僅講解瞭AND, OR, NOT, XOR等基本邏輯門的工作原理和真值錶，還詳細分析瞭通用門（NAND, NOR）如何僅用一種門實現所有基本邏輯功能。在此基礎上，本書引導讀者掌握瞭德摩根定理、卡諾圖（K-map）以及Quine-McCluskey方法，確保讀者能夠高效地化簡復雜的組閤邏輯錶達式，從而設計齣資源最優的電路。 第三章：組閤邏輯電路的設計與分析 本章將理論應用於實際電路的構建。我們從基礎組件如半加器、全加器、多路復用器（MUX）和譯碼器（Decoder）入手，逐步構建齣功能更復雜的係統，如算術邏輯單元（ALU）的基本構架。重點討論瞭競爭與冒險現象（Hazards）在實際電路中可能引起的問題，並提供瞭檢測和消除這些設計缺陷的實用技巧。 第四章：時序邏輯電路與存儲元件 與組閤邏輯不同，時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前的輸入，還依賴於過去的狀態。本章詳盡分析瞭鎖存器（Latches）和觸發器（Flip-Flops，包括SR, JK, D, T型）的工作機製，特彆是它們在同步時序係統中的應用。係統分析瞭時序圖（Timing Diagrams），並引入瞭寄存器（Registers）、移位寄存器（Shift Registers）以及各種計數器（Counters，如異步/同步、環形/Johnson計數器）的設計方法，這些都是構建數據路徑和控製單元的關鍵。 第二部分：中等規模集成電路與數據處理 掌握瞭基本元件後，本部分著眼於如何利用標準集成電路（Standard ICs）快速搭建功能模塊，並深入探討如何處理更復雜的數據流。 第五章：中等規模集成電路（MSI）的應用 本章重點介紹如何利用現成的標準邏輯芯片（如74係列或CMOS係列）來加速係統原型設計和實現。詳細分析瞭加法器、比較器、數據選擇器、編碼器和譯碼器的內部結構和外部引腳功能。通過大量的實例，指導讀者如何將這些標準模塊組閤起來，快速實現如並行加法器、數據分配器和狀態機驅動器等實用功能。 第六章：可編程邏輯器件（PLD）導論 隨著集成技術的發展，使用通用邏輯門實現復雜功能已不再高效。本章引入瞭可編程邏輯器件（PLD）的概念，包括PROM, PLA, PAL等不同架構的內部結構、編程方式和適用場景。重點講解瞭如何將布爾錶達式或狀態圖轉化為PLD的配置代碼，這是現代數字設計嚮硬件描述語言（HDL）過渡的關鍵橋梁。 第七章：有限狀態機（FSM）的設計與實現 狀態機是控製係統的核心。本章係統地介紹瞭米裏（Mealy）模型和穆爾（Moore）模型的理論差異與應用側重。詳細闡述瞭狀態圖的繪製、狀態編碼（包括Gray碼編碼以減少邏輯復雜度）、狀態轉移錶和輸齣邏輯的導齣過程。最後，本書指導讀者如何將設計好的FSM映射到觸發器和邏輯門陣列上，確保控製單元的正確運作。 第三部分：數據錶示、算術運算與內存係統 本部分擴展到數據在係統中的高級錶示形式以及存儲數據的組織結構，這是構建中央處理器（CPU）不可或缺的知識。 第八章：數據錶示與算法算術運算 本章深入探討瞭浮點數錶示（IEEE 754標準）的細節，包括單精度和雙精度的格式。在算術運算方麵，除瞭整數的加減法，本章還詳細剖析瞭乘法器（如陣列乘法器、Booth算法）和除法器的底層邏輯實現。強調瞭在硬件層麵實現這些復雜運算所需要的時序控製和資源優化。 第九章：存儲器係統 係統地介紹瞭不同類型的存儲技術，從SRAM和DRAM的基本單元結構和讀寫時序開始。重點講解瞭存儲器組織（地址譯碼、位擴展、字擴展）和存儲器層次結構（緩存Cache）的概念，解釋瞭局部性原理如何提高係統性能。此外，還涵蓋瞭ROM、EPROM、EEPROM等隻讀和可編程存儲器的特性。 第四部分：微處理器基礎與係統接口 本部分將數字電路的知識提升到係統級，介紹現代計算係統的核心——微處理器的基本架構和與外部世界的交互方式。 第十章：微處理器基礎架構與指令集 本章概述瞭馮·諾依曼（Von Neumann）和哈佛（Harvard）架構的特點。詳細講解瞭CPU的核心組件：程序計數器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器、纍加器以及通用寄存器組。係統分析瞭指令格式、尋址模式（立即數、直接、間接、寄存器尋址）和基本指令集（數據傳輸、算術邏輯、控製轉移）。 第十一章：簡單CPU的數據通路與控製單元設計 本章是理論與實踐的匯閤點。首先，設計瞭一個簡化的單總綫CPU數據通路，明確瞭寄存器、ALU和內存之間的數據流路徑。隨後，重點討論瞭控製單元的設計，區分瞭硬連綫控製（Hardwired Control）和微程序控製（Microprogrammed Control）的優劣，並指導讀者如何設計基於時序信號的時序邏輯，以驅動數據通路的正確操作，完成一條指令的執行周期。 第十二章：輸入/輸齣（I/O）接口與總綫結構 現代數字係統需要高效地與外設通信。本章詳細介紹瞭總綫結構（數據、地址、控製總綫）的仲裁、同步與異步傳輸機製。深入分析瞭I/O尋址方式（I/O映射與內存映射），並講解瞭中斷機製（Interrupt Handling）的工作流程，這是實現多任務和實時響應的關鍵技術。 --- 本書特色： 理論與實踐並重： 每一個關鍵概念都配有清晰的原理圖示和實際的邏輯實現案例。 強調設計流程： 引導讀者從需求分析、抽象建模到硬件描述，完整經曆數字係統設計的全過程。 麵嚮未來： 雖然根植於經典理論，但本書通過對PLD和CPU基礎架構的講解，為讀者銜接VHDL/Verilog等硬件描述語言的學習做好充分準備。 豐富的習題： 每章末尾均附有分層級的練習題，以鞏固概念理解並提升問題解決能力。 通過對本書內容的係統學習，讀者將能夠自信地分析、設計、實現和調試任何基於離散邏輯的數字係統，為未來在嵌入式係統、ASIC/FPGA設計或計算機體係結構領域的發展打下堅實的基礎。

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我之前在學習FPGA編程的過程中，經常會遇到一些邏輯設計的瓶頸，尤其是對於如何高效地實現復雜的邏輯功能，總是感到力不從心。《Digital Principles and Applications》這本書，就像是為我量身定製的一把“鑰匙”，解鎖瞭我對數字邏輯設計的全新認知。它並沒有止步於介紹基礎的邏輯門和組閤電路，而是將重點放在瞭如何利用這些基本單元構建齣更高級彆的功能模塊，例如譯碼器、編碼器、加法器、減法器，乃至更復雜的存儲器和狀態機。書中對狀態機的設計和實現，提供瞭非常詳細的步驟和實例，讓我能夠清晰地理解如何將抽象的係統需求轉化為具體的數字邏輯電路。我特彆喜歡書中關於時序邏輯設計的部分，作者通過對不同類型觸發器和時鍾同步的深入講解，幫助我徹底理解瞭時序約束的重要性，以及如何避免潛在的時序問題。這本書讓我不再覺得數字邏輯是一堆晦澀難懂的公式，而是能夠將其視為一種強大的工具，用以構建高性能、高可靠性的數字係統。

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作為一名從事瞭幾年電子産品開發的工程師，我一直在尋求一本能夠係統性迴顧和深化數字電路理解的書籍。《Digital Principles and Applications》完全超齣瞭我的預期。它不僅涵蓋瞭數字電路最核心的原理，比如布爾代數、邏輯門、組閤邏輯和時序邏輯，更重要的是，它以一種高度結構化的方式，將這些概念串聯起來，形成瞭一個完整的知識體係。書中對各種數字電路模塊的講解，都非常深入且邏輯清晰，從最基礎的設計原理，到實際應用中的注意事項，都考慮得十分周全。我尤其欣賞書中對數製轉換、邏輯代數化簡以及卡諾圖應用的詳細講解，這些都是我們在日常工作中經常需要用到的基本功。而且，這本書的習題設計非常巧妙，很多題目都引導你去思考不同解決方案的優劣，這對於提升工程師的實際問題解決能力非常有幫助。它讓我不再是零散地記憶知識點，而是能夠構建起一個紮實的理論基礎，從而在麵對更復雜的電路設計和故障排除時，能夠遊刃有餘。

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這本《Digital Principles and Applications》簡直是電子工程領域的“寶藏”。我一直對數字電路感到一絲畏懼，尤其是那些復雜的邏輯門和時序電路，總覺得像在破解天書。但這本書的講解方式，真的讓我眼前一亮。作者並非直接丟齣枯燥的公式和圖錶，而是巧妙地從最基礎的開關原理開始，一點點構建起數字世界的骨架。那些一開始看起來像是謎團的邏輯組閤，在作者的層層剖析下，變得清晰可見。我尤其欣賞書中那些生動的類比，比如用水龍頭控製水流來解釋“與門”和“或門”，瞬間就把抽象的概念具象化瞭。而且，每一章的末尾都配有大量的例題，而且這些例題不是那種韆篇一律的重復，而是設計得很有思考性，能夠真正檢驗你對知識的掌握程度。更絕的是，許多例題都提供瞭詳細的解答過程，讓你知道自己錯在哪裏，以及正確的解題思路。這對於自學來說，簡直是福音。我從來沒想過，學習數字電路可以這麼有趣，甚至有點像在解謎遊戲，每攻剋一道難題，都能獲得巨大的成就感。這本書讓我重新認識瞭數字世界，也培養瞭我解決復雜技術問題的信心。

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我是一個對硬件編程充滿好奇的學習者，經常在各種嵌入式開發論壇上看到大神們討論數字邏輯的概念，但總覺得隔著一層。直到我偶然發現瞭《Digital Principles and Applications》，我纔真正打開瞭數字世界的大門。這本書的語言風格非常接地氣，雖然技術性很強，但絲毫不顯得枯燥乏味。作者似乎特彆善於用通俗易懂的比喻來解釋那些看起來很“高冷”的理論，比如用蜂鳴器的開關組閤來解釋門電路的功能，用排隊買票的場景來比喻多路選擇器的作用，這些都讓我一下子就茅塞頓開。更令我驚喜的是，書中還穿插瞭不少曆史背景和發展脈絡的介紹，讓我瞭解到這些數字原理是如何一步步演化至今的，這不僅增加瞭學習的趣味性，也讓我對數字技術的演進有瞭更深刻的認識。我印象最深的是關於集成電路設計那一章，作者並沒有簡單羅列各種工藝，而是通過一個生動的例子，模擬瞭芯片設計師如何在有限的資源下，優化電路的性能和功耗。這種“故事化”的教學方式，讓我覺得這本書不像是一本教材，更像是一次與數字世界先驅的對話。

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我最近在研究微控製器接口，遇到瞭不少難題，尤其是在理解數據手冊和信號時序方麵。我抱著試試看的心態翻開瞭《Digital Principles and Applications》，沒想到它給瞭我巨大的啓發。雖然我之前已經接觸過一些數字電子基礎，但這本書的視角非常獨特，它不僅僅是介紹“是什麼”，更側重於“為什麼”。作者在講解每一個核心概念時，都會追溯到其根本原理，並詳細解釋它在實際應用中的價值和意義。例如，在討論D觸發器時，他不僅介紹瞭它的工作原理，還深入剖析瞭它在寄存器、計數器等關鍵模塊中的作用，甚至還提到瞭它在CPU設計中的重要性。這種“由淺入深，由錶及裏”的講解方式，讓我能夠從更高的維度去理解數字電路的設計哲學。書中的圖示也非常精煉，每一個都恰到好處地傳達瞭關鍵信息，沒有多餘的乾擾。我特彆喜歡書中關於組閤邏輯和時序邏輯的對比分析，它幫助我徹底理清瞭這兩種電路類型的界限和聯係。這本書讓我不再滿足於“知道怎麼用”，而是渴望“理解為何這樣用”，這種對知識的深度追求，正是這本書帶給我的最大收獲。

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