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出版者:McGraw-Hill

作者:Roger L. Tokheim

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:1994-01-01

价格:USD 17.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780070650503

丛书系列:

图书标签:

• 数字逻辑
• 数字电路
• 计算机组成原理
• Schaum's Outline
• 电子工程
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• 布尔代数

图书简介：电子工程与计算系统的基础原理 本书旨在为读者提供一个全面、深入且注重实践的电子工程与计算系统基础知识的导论。它不仅仅是一本理论教科书，更是一个引导初学者和专业人士理解现代数字世界底层逻辑的工具箱。全书内容围绕构建任何现代电子设备或计算平台所需的基石——从最基本的逻辑门到复杂的系统架构——进行系统性的阐述。 第一部分：电子学基础与元件 本部分首先为读者搭建起理解数字系统的物理基础。我们从电学基本定律开始，如欧姆定律、基尔霍夫定律，确保读者对电流、电压和电阻的基本概念有扎实的认识。随后，我们深入探讨无源元件（电阻器、电容器、电感器）在直流和交流电路中的行为。 核心内容过渡到半导体物理学的初级阶段。详细讲解了 PN 结的形成、二极管的特性曲线及其在整流电路和开关应用中的作用。紧接着，我们聚焦于晶体管，特别是双极性结型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET，特别是MOSFET）。书中通过大量的图示和分析，解释了晶体管作为开关和放大器的基本工作模式，这是构建所有数字逻辑电路的物理基础。我们不仅关注其工作原理，更强调在实际电路设计中如何选择和偏置这些关键元件。 第二部分：布尔代数与组合逻辑电路 在掌握了基本的电子元件后，本书的核心部分转向了数字逻辑的数学语言——布尔代数。我们从亚里士多德逻辑的两个基本状态（真/假）出发，引申出布尔代数的公理和定理。这部分详细介绍了逻辑运算符（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）的真值表、布尔表达式的书写规范，以及如何使用德摩根定律等工具简化复杂的逻辑表达式。 随后，内容无缝衔接到组合逻辑电路的设计与实现。我们教授如何将实际问题（如编码器、译码器、多路复用器、数据选择器）转化为布尔方程，并使用标准逻辑门来实现这些功能。书中对卡诺图（Karnaugh Maps, K-map）的使用进行了详尽的阐述，并扩展到更复杂的五变量和六变量K-map的简化技巧，确保读者能够设计出最经济、最简化的硬件实现。此外，我们还涵盖了如全加器、半加器等算术逻辑单元（ALU）的基础模块，为后续的并行运算打下基础。 第三部分：时序逻辑电路与存储元件 数字系统不仅需要处理瞬时输入，还需要“记忆”过去的状态，这就引入了时序逻辑的概念。本部分详细剖析了基本的存储单元：锁存器（Latches）和触发器（Flip-Flops）。SR, D, JK, T 触发器的构造、特性、激励表和状态图被逐一解析，强调了时钟信号在同步时序电路中的关键作用。 本书着重讲解了如何利用触发器构建更复杂的时序电路，包括： 1. 寄存器（Registers）： 用于数据临时存储和并行数据传输的结构。 2. 计数器（Counters）： 异步（Ripple）计数器和同步计数器的设计与分析，以及如何实现特定模数的计数器。 3. 有限状态机（Finite State Machines, FSM）： 采用米利（Mealy）和穆尔（Moore）模型，教授读者如何将抽象的状态转换图转化为实际的逻辑电路，这是控制器设计的核心技能。 第四部分：数据表示、算术运算与半导体存储器 在深入系统架构之前，理解数据如何在二进制世界中表示至关重要。本章细致地介绍了数字数据的各种编码方式，包括无符号数、定点数以及至关重要的补码（Two's Complement）表示法，并详细推导了补码加减法的硬件实现原理。 算术逻辑单元（ALU）的构建是本部分的重点。我们展示了如何将多个全加器串联形成多位加法器，并讨论了溢出检测的机制。同时，书中也涵盖了乘法和除法的基本算法（如移位相加）。 关于存储器，我们区分了易失性存储器（如SRAM和DRAM的工作原理、刷新机制）和非易失性存储器（如ROM、PROM、EPROM、闪存的基本概念和读写过程），解释了存储器地址解码的原理，以及如何组织大型存储器阵列。 第五部分：数字系统接口与可编程逻辑器件 最后一部分将理论知识应用于现代集成电路和系统设计。我们探讨了数据如何在不同逻辑族之间进行电平转换和信号整形，包括TTL和CMOS逻辑族的特性对比。 书中详细介绍了数字系统中最常用也最强大的实现工具：可编程逻辑器件（PLD）。我们将重点介绍可编程逻辑阵列（PLA）、可编程阵列逻辑（PAL）以及复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的基本结构和编程概念。这使得读者能够理解，现代数字设计是如何从离散的逻辑门转向高度集成的、灵活可配置的硬件描述语言（HDL）驱动的实现流程。 总结与适用性 本书的结构设计严谨，内容覆盖了从基础物理到复杂系统实现的关键环节。每章节后都附有大量经过精心设计的例题和习题，帮助读者巩固所学概念，并训练其解决实际工程问题的能力。它不仅是工程专业学生进行数字电路学习的理想教材，也是希望跨界理解计算机硬件、嵌入式系统或数字信号处理领域的工程师和技术人员的宝贵参考资料。通过本书的学习，读者将能够自信地分析、设计和验证任何基于二进制逻辑的电子系统。

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深入探究这本书在数制转换和编码部分，我发现它在广度和深度上都存在显著的不足。诚然，它覆盖了BCD码、格雷码这些基础编码方式，但对于现代通信和存储系统至关重要的纠错码（Error Correction Codes，如汉明码）的介绍，却仅仅停留在了最浅显的层面，甚至可以说是不够用。在当今数据传输的可靠性越来越受到重视的背景下，一本关于数字原理的“大纲”理应包含更多关于冗余设计和信息论在数字系统中的应用。此外，对于非加权数制（如负数的表示）的处理也显得不够系统化，没有清晰地对比不同补码系统在硬件实现上的效率差异。读完这一章节，我感觉自己掌握的只是皮毛，无法自信地去处理任何涉及数据校验或负数运算的实际硬件设计问题。这本书的定位似乎过于局限，它只适合那些仅仅需要应付一门入门考试的同学，一旦涉及到需要实际构建或分析复杂数字系统的场景，这本书提供的理论支撑就显得单薄且过时，无法满足一个有抱负的工程师的基本知识储备需求。

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这本书的排版和内容组织简直是一场灾难，我简直不敢相信这居然是一本声称能帮助人理解“数字原理”的教材。首先，它对基础概念的解释就含糊不清，仿佛作者认为读者已经对布尔代数和逻辑门了如指掌，可以直接跳到那些复杂的电路图分析。这种处理方式对初学者极不友好，我花了大量时间去查阅其他资料来弄懂那些在本书中被一笔带过的前置知识。更要命的是，书中的示例往往不够具有代表性，当你试图将学到的理论应用于实际问题时，会发现书上的解题思路和实际情况相去甚远。我记得有一次，我为一个简单的组合逻辑电路的化简卡住了，书上的步骤跳跃得太快，根本看不到中间的推理过程，让人感觉像是在膜拜一本高深的秘籍，而不是学习一本教程。这种学习体验非常令人沮丧，它没有起到“大纲”应有的清晰引导作用，反而像是一个知识点的碎块集合，等待读者自己去拼凑一个完整的图景，这对任何想要扎实掌握数字系统基础的人来说都是一种时间的浪费和精力的折磨。我真心希望出版商能重新审视一下这种低效的教学设计，让它真正配得上“大纲”这个名字。

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我对这本书的习题部分感到无比失望，这几乎是我弃读这本书的主要原因之一。一本好的技术书籍，习题应该是巩固理论知识的试金石，是检验学习者是否真正理解复杂概念的工具。然而，本书的习题设置要么过于简单，达到了小学算术的难度，完全是代入公式就能得出结果，无法激发任何思考；要么就是突然拔高到一种匪夷所思的复杂程度，题目本身描述得含糊不清，让人摸不着头脑，根本无从下手。更别提那些所谓的“答案”了，很多解答过程缺失得令人发指，或者干脆给出的结果似乎与题目本身都不匹配。我曾经花了数小时去验证一个看似简单的计数器设计题的正确性，最后发现是书上的参考答案本身就有逻辑错误。这种高质量的缺陷，严重打击了读者独立学习的信心。学习数字原理本来就需要大量的实践和验算来加深理解，而这本书提供的练习环境，非但没有起到帮助作用，反而成了理解上的巨大阻碍，让人怀疑编写者是否亲自做过这些题目。

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这本书的语言风格可以称得上是“晦涩难懂”，充满了过于正式和僵硬的书面语，完全没有与读者建立起任何有效的沟通桥梁。阅读体验非常沉闷，仿佛在啃一本翻译腔极重的外国法律条文，而不是一本旨在普及基础科学原理的入门读物。作者似乎热衷于使用那些拗口的学术术语，却极少采用形象的比喻或者实际的工程案例来辅助说明。比如，对于竞争冒险（Race Condition）的描述，它只是干巴巴地陈述了现象，却未能生动地描绘出在实际门电路延迟不匹配时，输出波形是如何“抖动”和“不稳定”的，这使得我对这个关键概念的直观理解非常困难。我更倾向于那些能将抽象概念“可视化”的书籍，能让我想象出信号在电路中流动的样子。这本书在这方面完全是失败的，它提供的知识是死的、孤立的，缺乏生命力，阅读它更像是一种任务，而非探索知识的乐趣。我不得不承认，我多次因为阅读疲劳而不得不放下它，这绝对不是一本能够激发学习热情的教材。

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这本书给我的感觉就像是把一篇篇略显陈旧的学术论文直接堆砌在一起，缺乏必要的过渡和连贯性，读起来非常断裂。对于数字电路设计中一些至关重要的时序逻辑部分，本书的处理显得尤为草率。例如，在讨论触发器（Flip-Flops）和寄存器（Registers）时，它只是简单地罗列了各种类型的结构图，但对于不同类型触发器在实际系统同步和异步控制中的细微差别，几乎没有深入剖析。我尤其想知道的是，当系统速度提升，亚稳态问题变得突出时，本书有没有提供任何关于时序约束分析或同步机制的现代观点？答案是没有。它停留在那种非常基础的、仿佛上世纪八十年代的教科书水平，对于如今动辄GHz级别的设计流程来说，这些知识点显得苍白无力。作者似乎完全忽略了现代EDA工具和FPGA/ASIC设计流程对数字逻辑提出的新要求。如果你是指望这本书能让你跟上当前数字电子工程的前沿，那无疑是痴人说梦，它更像是一份考古报告，而不是一份实用的学习指南，对于想进入这个行业的年轻人来说，参考价值极其有限。

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