Introduction to Logic Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill College

作者:Marcovitz, Alan B.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:160.5

装帧:HRD

isbn号码:9780072865165

丛书系列:

图书标签:

• 逻辑设计
• 数字逻辑
• 计算机组成原理
• 布尔代数
• 组合逻辑
• 时序逻辑
• Verilog
• VHDL
• 数字电路
• 电路分析

逻辑设计入门：通往数字世界的基础构建 本书旨在为初学者提供一个坚实且全面的逻辑设计基础，内容侧重于数字电路和系统的核心原理、分析方法以及实际应用。我们深入探讨了构建现代电子设备和计算机系统所需的底层逻辑构建块，从最基本的布尔代数原理开始，逐步过渡到复杂的组合逻辑和时序逻辑电路的设计与实现。 第一部分：奠定基础——布尔代数与逻辑门 本书伊始，我们将详细阐述数字系统的数学基石——布尔代数。这部分内容清晰地界定了逻辑运算的规则，包括公理、定理以及代数化简的技巧。读者将学会如何使用真值表和布尔表达式来精确描述任何逻辑功能。我们强调了德摩根定律（De Morgan's Laws）等关键工具的重要性，它们是简化复杂电路的关键所在。 随后，我们将聚焦于构成所有数字系统的基本构件——逻辑门。详细介绍了基本门（AND, OR, NOT）的物理实现原理和逻辑功能。在此基础上，我们将引入通用门，特别是NAND和NOR门，并展示如何仅使用这些通用门来构建所有其他逻辑功能，这是理解集成电路设计成本效益和实际制造限制的关键。我们还会涉及异或门（XOR）及其在奇偶校验和数据比较中的重要作用。 本部分还包括逻辑函数的化简。除了代数化简，我们引入了图形化工具——卡诺图（Karnaugh Maps, K-maps）。通过清晰的步骤和丰富的实例，读者将掌握如何使用K-maps快速有效地最小化布尔表达式，从而设计出元件最少、速度最快的电路。对于更多变量的函数，我们将介绍奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）方法，为更复杂的自动化设计打下理论基础。 第二部分：组合逻辑电路——即时响应的构建 组合逻辑电路的特点是输出仅依赖于当前输入状态。本部分将这些理论知识转化为实际的电路设计。 我们首先分析和设计多路选择器（Multiplexers, MUX）和译码器（Decoders）。这两种器件是数据路由和编码/解码任务的核心。通过实例展示如何使用MUX作为“万用逻辑块”来实现任意布尔函数，以及译码器在内存地址选择和显示驱动中的关键作用。 接着，我们深入研究算术逻辑电路。这包括半加器（Half Adder）和全加器（Full Adder）的构建，并扩展到多位加法器的设计，如串行加法器和并行查找加法器（Carry Lookahead Adder）。我们还会探讨减法器的实现，通常通过二进制补码系统来简化硬件设计。此外，比较器（Comparators）的设计也被详细讲解，它们是状态判断和控制系统的基础。 第三部分：时序逻辑电路——引入存储与记忆 时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还依赖于系统过去的状态，这引入了“记忆”的概念，是构建存储器和控制器的前提。 本部分从锁存器（Latches）开始，特别是SR锁存器，解释了基本存储单元的工作原理及其潜在的竞争与毛刺问题。随后，我们过渡到更为稳定和同步的触发器（Flip-Flops），如D触发器和JK触发器。我们将详细分析时钟信号（Clock Signal）在同步电路中的核心作用，以及如何避免亚稳态。 在此基础上，我们构建更复杂的存储单元：寄存器（Registers）和移位寄存器（Shift Registers）。寄存器用于暂时存储数据字，而移位寄存器则展示了数据如何在系统内移动和转换，这在串行/并行数据转换中至关重要。 第四部分：有限状态机（FSM）——系统的控制核心 有限状态机是数字系统控制逻辑的抽象模型，是处理器、控制器和通信协议等复杂系统设计的蓝图。 我们将介绍状态图（State Diagrams）和状态表（State Tables）的绘制方法，这是描述FSM行为的标准工具。然后，我们详细演示如何将这些图形表示法转化为实际的逻辑电路，包括使用触发器来存储状态和使用组合逻辑来决定下一个状态和输出。我们将系统地讲解米里（Mealy）模型和穆尔（Moore）模型，并分析它们在设计复杂序列检测器和控制器时的适用性。 状态机的设计将涵盖状态化简技术，用以消除冗余状态，从而优化硬件资源，提高系统效率。 第五部分：存储器与可编程逻辑器件 现代数字系统离不开集成存储器。本部分将探讨静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的基本结构和读写操作原理，使读者理解存储单元阵列的组织方式。 此外，我们介绍了可编程逻辑器件（PLDs）的概念，包括可编程逻辑阵列（PLA）、现场可编程逻辑阵列（FPLA），以及最重要的复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的基础架构。我们将展示如何使用硬件描述语言（HDL）的概念，以及如何将之前设计的组合和时序逻辑映射到这些灵活的硬件平台上，这是连接理论设计与实际硬件实现的关键桥梁。 结语 本书的最终目标是培养读者将抽象的逻辑需求转化为具体、高效、可靠的硬件电路的能力。通过严谨的理论推导、大量的实例分析和对实际应用场景的探讨，读者将不仅理解“如何设计”，更会明白“为何如此设计”，为未来深入学习计算机体系结构、集成电路设计或嵌入式系统打下不可动摇的逻辑学基础。全书贯穿着从最低层次的晶体管开关到高层次系统控制的完整设计流程。

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