微型计算机原理及其应用典型题解析与实战模拟

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出版者:
作者:邹逢兴
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2005-7
价格:38.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787810247474
丛书系列:
图书标签:
  • 学习
  • 微型计算机原理
  • 计算机基础
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具体描述

《数字逻辑设计与 FPGA 实现》 本书面向电子信息工程、计算机科学与技术、自动化等相关专业的学生及研究人员,深入浅出地讲解数字逻辑电路设计的基础理论、核心方法以及前沿实现技术。全书共分为八章,结构清晰,逻辑严谨,旨在为读者构建扎实的数字逻辑设计知识体系,并掌握利用现场可编程门阵列(FPGA)进行硬件实现的技能。 第一章 绪论 本章首先回顾了数字电路在现代电子系统中的重要地位,并简述了数字逻辑设计的历史演进。接着,详细介绍了数字逻辑设计与微处理器、微控制器等嵌入式系统在概念上的区别与联系,明确了本书的研究范畴。重点阐述了组合逻辑和时序逻辑的基本概念,以及它们在构建复杂数字系统中的作用。此外,本章还初步介绍了FPGA作为一种重要的数字逻辑实现平台,为后续深入学习奠定了基础。 第二章 逻辑代数基础 逻辑代数是数字逻辑设计中最核心的数学工具。本章将从布尔代数的基本公理和定理入手,系统讲解逻辑门(AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR)的逻辑功能、真值表和波形表示。在此基础上,深入分析了最小项、最大项、乘积之和(SOP)和和之积(POS)等逻辑表达形式,以及它们之间的相互转换。本章还重点介绍了卡诺图(Karnaugh Map)及其化简方法,包括对两位、三位、四位甚至五位逻辑函数的化简,为简化逻辑电路设计提供了有效手段。同时,还会讨论代数化简法和排除法,使读者掌握多种化简策略。 第三章 组合逻辑电路设计 本章将理论联系实际,详细介绍组合逻辑电路的设计流程。从需求分析、逻辑功能抽象开始,逐步过渡到逻辑表达式的建立、化简以及最终的电路实现。重点讲解了常用的组合逻辑电路模块,如编码器、译码器、多路选择器、数据分配器、加法器(半加器、全加器、多位加法器)、减法器、比较器、奇偶校验电路等。每一类电路都将通过详细的原理分析、真值表推导、逻辑图绘制,并辅以实例说明其在实际系统中的应用,例如在数据选择、算术运算、地址译码等场景。 第四章 时序逻辑电路设计 时序逻辑电路是构成数字系统的“记忆”部分,本章将深入剖析其原理。首先介绍触发器(Flip-flop)的基本概念,包括SR触发器、JK触发器、D触发器和T触发器,阐述它们的逻辑功能、状态转移图、状态表和时序图。在此基础上,详细讲解了寄存器(Register)和计数器(Counter)的设计,包括移位寄存器、并行加载寄存器、行波进位计数器、串行进位计数器、环形计数器、扭环计数器、同步计数器和异步计数器等。本章还将讨论有限状态机(Finite State Machine, FSM)的设计,包括Mealy型和Moore型状态机的区别与联系,以及状态图、状态表的设计与化简,最终实现状态机的逻辑电路。 第五章 存储器与可编程逻辑器件 本章将扩展数字逻辑设计的应用范畴,聚焦于存储器和可编程逻辑器件。首先介绍半导体存储器的基本类型,包括随机存取存储器(RAM,如SRAM和DRAM)和只读存储器(ROM,如PROM、EPROM、EEPROM),阐述它们的读写原理、存储结构和接口特性。接着,将重点介绍可编程逻辑器件(PLD)系列,包括只读存储器阵列(ROM)、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑(PAL)以及通用可编程逻辑器件(CPLD)。本章将详细分析这些器件的内部结构、工作原理和编程方式,并对比分析它们的优缺点及适用场景。 第六章 FPGA 体系结构与设计流程 本章将核心内容转向FPGA,介绍其作为现代数字逻辑实现平台的关键技术。详细剖析FPGA的内部体系结构,包括逻辑块(Configurable Logic Blocks, CLBs)的组成(查找表LUT、触发器、多路选择器等)、可编程互连资源、输入/输出块(IOBs)以及时钟管理单元(PLL/DLL)。在此基础上,系统介绍基于FPGA的数字逻辑设计流程,包括硬件描述语言(HDL,如Verilog或VHDL)的设计输入、仿真验证、综合、布局布线以及下载配置。本章将强调HDL在描述数字电路功能和结构方面的重要性,并提供实际的设计示例。 第七章 Verilog/VHDL 语言入门与进阶 硬件描述语言(HDL)是进行FPGA设计的关键工具。本章将系统介绍Verilog和VHDL两种主流的HDL语言,为读者提供入门指导和进阶技巧。从语言的基本语法、数据类型、运算符、语句(赋值、条件、循环、块)开始,逐步讲解如何使用HDL描述组合逻辑电路、时序逻辑电路以及状态机。本章将重点演示如何通过HDL代码实现本章前面介绍的组合逻辑和时序逻辑模块,例如加法器、寄存器、计数器和简单的有限状态机。同时,还将介绍一些常用的HDL设计技巧和最佳实践,如模块化设计、时序约束、综合友好型编码风格等。 第八章 FPGA 应用实例与实战模拟 理论学习最终需要通过实践来巩固。本章将通过一系列具有代表性的FPGA应用实例,带领读者进行实战模拟。这些实例将涵盖数字信号处理(如FIR滤波器、FFT)、通信系统(如简单的调制解调)、嵌入式系统接口(如UART、SPI、I2C)以及数据采集等领域。每一个实例都将遵循完整的FPGA设计流程,从需求分析、HDL代码编写,到仿真验证、综合实现,最终完成在开发板上的下载与调试。通过这些实战项目,读者将能够深刻理解FPGA在实际工程中的应用价值,并熟练掌握从概念到硬件实现的整个过程。 本书力求理论与实践相结合,通过丰富的例证和清晰的讲解,帮助读者掌握数字逻辑设计的基础知识,并具备使用FPGA实现复杂数字系统的能力。无论您是初学者还是有一定基础的工程师,本书都将为您提供宝贵的学习资源。

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这本书的优势在于其将抽象的微型计算机原理与具体的工程实践紧密结合。作者在讲解中断机制时,不仅仅停留在理论层面,而是详细分析了中断请求、中断响应、中断向量、中断服务程序编写以及中断返回等一系列过程,并提供了多种中断处理的策略,如单中断、多重中断和中断嵌套等。我特别欣赏书中关于时序分析的深入讲解,例如CPU对外设的读写时序,这对于理解硬件交互至关重要。书中还提供了大量的典型应用案例,例如如何利用定时器实现精确延时,如何通过计数器进行事件计数,以及如何使用PWM(脉冲宽度调制)控制电机转速等。这些案例都配有详细的电路连接图和完整的程序代码,使得学习者能够快速将理论知识转化为实际操作,并在自己的开发板上进行验证和调试,这种“学以致用”的学习方式,极大地提高了学习效率和学习兴趣。

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《微型计算机原理及其应用典型题解析与实战模拟》在对存储器系统进行阐述时,表现出了极高的专业性和条理性。作者不仅详细介绍了各种类型的存储器,如RAM、ROM、Flash等,还深入剖析了它们的读写原理、存储特性以及在微型计算机系统中的作用。我特别喜欢书中对存储器寻址方式的详细分析,从立即数寻址、寄存器寻址到直接寻址、间接寻址等,都进行了清晰的讲解,并提供了大量的实例来展示不同寻址方式在实际编程中的应用。书中还对内存管理技术进行了深入探讨,包括内存分段、分页以及虚拟存储等概念,这对于理解更复杂的微型计算机系统至关重要。书中提供的实战模拟项目,例如编写一个能够管理多个数据块的程序,或者实现一个简单的文件系统,都让我对存储器系统有了更深层次的认识,并能够更有效地利用存储资源。

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对于想要深入理解微型计算机工作原理的读者而言,《微型计算机原理及其应用典型题解析与实战模拟》无疑是一本不可多得的宝藏。作者在讲解过程中,对于每一个概念的引入都经过了深思熟虑,并能巧妙地与后续内容衔接。例如,在介绍总线结构时,不仅详细说明了地址总线、数据总线和控制总线的各自功能,还深入探讨了它们之间的协同工作机制,以及在不同工作模式下总线的状态变化。这对于理解CPU与内存、外设之间的数据交换至关重要。书中关于存储器组织和寻址方式的讲解更是细致入微,从静态RAM到动态RAM,再到各种ROM的特性,都有清晰的介绍,并结合实战模拟,展示了如何在程序中正确地访问和管理内存。我特别欣赏作者在处理存储器映射I/O和端口I/O时,能够清晰地界定两者的区别和联系,并通过实例演示了如何进行端口的读写操作。这种由浅入深、层层递进的讲解方式,使得复杂的微型计算机系统在作者笔下变得生动而易于理解。

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《微型计算机原理及其应用典型题解析与实战模拟》在对微处理器内部结构进行讲解时,深入浅出,极具启发性。作者在介绍CPU的控制单元时,详细分析了指令译码、指令执行、时序控制等关键环节,并通过流程图清晰地展示了指令从取指到执行的完整过程。我特别喜欢书中关于流水线技术和指令预取机制的讲解,它们是提高CPU性能的重要手段,而书中通过生动的比喻和形象的图示,将这些复杂的概念变得易于理解。此外,书中对寄存器文件、ALU(算术逻辑单元)和累加器等核心部件的功能和工作原理也进行了详尽的阐述。书中提供的实战模拟项目,例如编写一个能够处理并行输入数据的程序,或者实现一个简单的中断触发式数据采集系统,都让我受益匪浅。通过这些实践,我不仅巩固了对CPU内部结构的理解,更提升了将理论知识转化为实际应用的能力。

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《微型计算机原理及其应用典型题解析与实战模拟》在教授微型计算机核心概念时,展现出了极高的专业性和严谨性。作者在阐述微处理器的工作状态时,详细分析了执行、停机、中断等不同状态的特征,以及状态之间的转换条件。这种对底层机制的深入挖掘,为理解微型计算机的运行提供了坚实的基础。我印象深刻的是,书中在讲解中断系统时,不仅介绍了中断的产生、响应和返回过程,还对中断向量表、中断优先级和中断嵌套等关键概念进行了详尽的解释,并提供了多个中断处理的实战模拟,帮助读者掌握如何编写高效的中断服务程序。此外,书中对DMA(直接内存访问)技术的介绍也相当到位,详细解释了DMA控制器的工作原理,以及它如何减轻CPU的负担,提高数据传输效率。通过书中提供的实战项目,我不仅能够将这些理论知识应用于实际的嵌入式开发中,还能够更深入地理解微型计算机系统如何协同工作,实现复杂的功能。

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这本书在讲解微型计算机的总线结构和接口技术时,做到了既全面又深入。作者在阐述总线的作用和分类时,详细介绍了地址总线、数据总线和控制总线的功能和工作原理,以及它们是如何协同工作的。我特别欣赏书中关于I/O接口的详细介绍,从并行I/O到串行I/O,再到各种通信协议,例如UART、SPI、I2C等,都进行了详尽的阐述。书中还对DMA(直接内存访问)控制器的工作原理进行了深入的分析,以及它如何通过总线绕过CPU直接与内存进行数据传输,从而提高数据传输效率。书中提供的实战模拟项目,例如如何通过SPI接口与外部传感器进行通信,或者如何通过UART接口实现与PC机的串行通信,都让我对总线和接口技术有了更直观的理解,并能够更有效地将微型计算机与外部设备连接起来,实现各种功能。

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初次接触微型计算机,我原本以为会是一场枯燥乏味的理论海洋,但《微型计算机原理及其应用典型题解析与实战模拟》彻底颠覆了我的认知。作者在梳理微处理器指令集时,没有像其他书籍那样罗列繁杂的指令码,而是深入浅出地剖析了每一类指令的执行原理、寻址方式以及在实际编程中的应用场景。尤其是对于那些看似晦涩难懂的汇编语言指令,书中通过大量的实例,将其转化为一个个解决实际问题的代码片段,让人茅塞顿开。我特别喜欢书中对中断机制的详细阐述,从中断向量到中断服务程序的编写,都进行了细致的分析,并提供了多种中断处理方法的对比和优化建议。这种深入到“骨子”里的讲解,让我对微型计算机的底层运作有了前所未有的理解。更值得称赞的是,书中提供的实战模拟部分,让我有机会将学到的理论知识付诸实践,通过亲手调试程序,我能够更直观地感受到CPU的执行过程,加深了对内存管理、I/O端口操作等核心概念的理解。这本书的价值,在于它不仅教会了“是什么”,更重要的是教会了“怎么用”。

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这本《微型计算机原理及其应用典型题解析与实战模拟》在理论深度和实践应用之间找到了一个绝佳的平衡点。我尤其欣赏它在讲解微处理器的架构时,并没有止步于枯燥的指令集和寄存器描述,而是巧妙地将其与实际的硬件设计、时序控制以及中断处理等关键概念紧密结合。阅读过程中,我仿佛能亲手触摸到CPU的脉搏,理解数据流如何在一个个逻辑门之间穿梭。作者的讲解方式非常生动,将抽象的概念转化为具象的流程图和时序图,使得初学者也能迅速抓住核心要领。而且,书中对各种典型应用场景的分析,比如数据采集、电机控制、嵌入式系统开发等,都具有很强的指导意义。它不仅仅是理论知识的堆砌,更是将理论知识转化为解决实际问题的工具。我尝试着按照书中的步骤,在开发板上实现了几个简单的控制程序,效果出奇地好,这让我对微型计算机的应用有了更深刻的认识和信心。这种从原理到实践的无缝对接,正是学习微型计算机技术过程中最令人头疼的地方,而这本书却将其化繁为简,让学习过程变得更加高效和有趣。

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这本书在对微型计算机硬件原理进行深入剖析的同时,也非常注重其在实际应用中的落地。作者在讲解CPU的指令周期、时钟信号以及复位操作时,不仅仅是简单地描述这些概念,而是结合了时序图,详细演示了CPU在执行一条指令的过程中,各个信号的变化过程,以及CPU内部状态的转换。这对于理解CPU的工作流程至关重要。我特别喜欢书中对I/O接口的详细介绍,从并行接口到串行接口,再到各种通用I/O接口的原理和使用方法,都进行了详尽的阐述。而且,书中提供了大量的典型应用案例,例如温度传感器的数据读取、LED的驱动控制、LCD显示器的字符输出等,这些案例都配有清晰的电路图和完整的程序代码,让我能够快速上手,并将学到的理论知识应用于实际的硬件系统中。通过跟随书中的步骤进行实践,我不仅巩固了理论知识,更提升了解决实际工程问题的能力。

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这本书在阐述微型计算机的指令系统时,做到了既全面又精炼。作者并没有一股脑地列出所有的指令,而是按照指令的功能分类,如数据传输指令、算术运算指令、逻辑运算指令、转移指令等,并对每一类指令的执行过程、寻址方式和应用场景进行了详细的讲解。我特别喜欢书中关于跳转指令和循环指令的分析,它们在程序流程控制中起着至关重要的作用,而书中通过大量的实例,清晰地展示了这些指令如何实现程序的顺序执行、分支跳转和循环迭代。此外,书中对子程序调用和返回机制的讲解也相当到位,这对于编写模块化、可重用的程序至关重要。书中提供的实战模拟部分,让我有机会在真实的硬件平台上编写和运行程序,例如编写一个简单的计算器程序,或者实现一个定时器功能,这些实践性的练习极大地加深了我对指令系统理解的深度和广度。

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