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出版者:McGraw-Hill Science/Engineering/Math

作者:Donald P. Leach

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1994-01-20

价格:USD 137.33

装帧:Hardcover

isbn号码:9780028018218

丛书系列:

图书标签:

• 数字逻辑
• 数字系统
• 计算机组成原理
• 数字电路
• 逻辑设计
• 电子工程
• 嵌入式系统
• 可编程逻辑器件
• 数字电子技术
• 计算机硬件

深入探索现代电子工程的基石：数字电路与微处理器系统设计 《数字原理与应用》 旨在为电子工程、计算机科学以及相关领域的学生和专业人士提供一套全面、深入且实用的数字系统设计与实现指南。本书超越了传统逻辑电路的简单介绍，着重于将理论基础与现代前沿技术紧密结合，培养读者解决复杂数字系统问题的能力。 全书结构清晰，内容涵盖从最基本的布尔代数和逻辑门到复杂的微处理器架构和可编程逻辑器件（PLD）的完整知识体系。我们坚信，对数字世界的深刻理解必须建立在坚实的数学和物理基础之上，因此本书的叙述力求严谨而不失启发性。 第一部分：数字系统的基础构建块 本部分为后续高级主题奠定不可或缺的理论基础，重点在于理解信息如何以离散信号的形式被编码、处理和存储。 第一章：数字信号与二进制系统 本章从物理世界的模拟信号过渡到抽象的数字表示，详细阐述了数字信号的特性、采样与量化过程中的关键概念。深入剖析了二进制、八进制、十六进制等不同数制之间的相互转换，并详细解释了带符号数表示法（如原码、反码、补码）在计算机内部进行算术运算的原理和优越性。此外，本章还引入了奇偶校验等基础的错误检测方法。 第二章：布尔代数与逻辑门电路 作为数字电路设计的核心，本章系统地介绍了布尔代数的基本公理、定理及其在逻辑化简中的应用。我们不仅讲解了AND, OR, NOT, XOR等基本逻辑门的工作原理和真值表，还详细分析了通用门（NAND, NOR）如何仅用一种门实现所有基本逻辑功能。在此基础上，本书引导读者掌握了德摩根定理、卡诺图（K-map）以及Quine-McCluskey方法，确保读者能够高效地化简复杂的组合逻辑表达式，从而设计出资源最优的电路。 第三章：组合逻辑电路的设计与分析 本章将理论应用于实际电路的构建。我们从基础组件如半加器、全加器、多路复用器（MUX）和译码器（Decoder）入手，逐步构建出功能更复杂的系统，如算术逻辑单元（ALU）的基本构架。重点讨论了竞争与冒险现象（Hazards）在实际电路中可能引起的问题，并提供了检测和消除这些设计缺陷的实用技巧。 第四章：时序逻辑电路与存储元件 与组合逻辑不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入，还依赖于过去的状态。本章详尽分析了锁存器（Latches）和触发器（Flip-Flops，包括SR, JK, D, T型）的工作机制，特别是它们在同步时序系统中的应用。系统分析了时序图（Timing Diagrams），并引入了寄存器（Registers）、移位寄存器（Shift Registers）以及各种计数器（Counters，如异步/同步、环形/Johnson计数器）的设计方法，这些都是构建数据路径和控制单元的关键。 第二部分：中等规模集成电路与数据处理 掌握了基本元件后，本部分着眼于如何利用标准集成电路（Standard ICs）快速搭建功能模块，并深入探讨如何处理更复杂的数据流。 第五章：中等规模集成电路（MSI）的应用 本章重点介绍如何利用现成的标准逻辑芯片（如74系列或CMOS系列）来加速系统原型设计和实现。详细分析了加法器、比较器、数据选择器、编码器和译码器的内部结构和外部引脚功能。通过大量的实例，指导读者如何将这些标准模块组合起来，快速实现如并行加法器、数据分配器和状态机驱动器等实用功能。 第六章：可编程逻辑器件（PLD）导论 随着集成技术的发展，使用通用逻辑门实现复杂功能已不再高效。本章引入了可编程逻辑器件（PLD）的概念，包括PROM, PLA, PAL等不同架构的内部结构、编程方式和适用场景。重点讲解了如何将布尔表达式或状态图转化为PLD的配置代码，这是现代数字设计向硬件描述语言（HDL）过渡的关键桥梁。 第七章：有限状态机（FSM）的设计与实现 状态机是控制系统的核心。本章系统地介绍了米里（Mealy）模型和穆尔（Moore）模型的理论差异与应用侧重。详细阐述了状态图的绘制、状态编码（包括Gray码编码以减少逻辑复杂度）、状态转移表和输出逻辑的导出过程。最后，本书指导读者如何将设计好的FSM映射到触发器和逻辑门阵列上，确保控制单元的正确运作。 第三部分：数据表示、算术运算与内存系统 本部分扩展到数据在系统中的高级表示形式以及存储数据的组织结构，这是构建中央处理器（CPU）不可或缺的知识。 第八章：数据表示与算法算术运算 本章深入探讨了浮点数表示（IEEE 754标准）的细节，包括单精度和双精度的格式。在算术运算方面，除了整数的加减法，本章还详细剖析了乘法器（如阵列乘法器、Booth算法）和除法器的底层逻辑实现。强调了在硬件层面实现这些复杂运算所需要的时序控制和资源优化。 第九章：存储器系统 系统地介绍了不同类型的存储技术，从SRAM和DRAM的基本单元结构和读写时序开始。重点讲解了存储器组织（地址译码、位扩展、字扩展）和存储器层次结构（缓存Cache）的概念，解释了局部性原理如何提高系统性能。此外，还涵盖了ROM、EPROM、EEPROM等只读和可编程存储器的特性。 第四部分：微处理器基础与系统接口 本部分将数字电路的知识提升到系统级，介绍现代计算系统的核心——微处理器的基本架构和与外部世界的交互方式。 第十章：微处理器基础架构与指令集 本章概述了冯·诺依曼（Von Neumann）和哈佛（Harvard）架构的特点。详细讲解了CPU的核心组件：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、累加器以及通用寄存器组。系统分析了指令格式、寻址模式（立即数、直接、间接、寄存器寻址）和基本指令集（数据传输、算术逻辑、控制转移）。 第十一章：简单CPU的数据通路与控制单元设计 本章是理论与实践的汇合点。首先，设计了一个简化的单总线CPU数据通路，明确了寄存器、ALU和内存之间的数据流路径。随后，重点讨论了控制单元的设计，区分了硬连线控制（Hardwired Control）和微程序控制（Microprogrammed Control）的优劣，并指导读者如何设计基于时序信号的时序逻辑，以驱动数据通路的正确操作，完成一条指令的执行周期。 第十二章：输入/输出（I/O）接口与总线结构 现代数字系统需要高效地与外设通信。本章详细介绍了总线结构（数据、地址、控制总线）的仲裁、同步与异步传输机制。深入分析了I/O寻址方式（I/O映射与内存映射），并讲解了中断机制（Interrupt Handling）的工作流程，这是实现多任务和实时响应的关键技术。 --- 本书特色： 理论与实践并重： 每一个关键概念都配有清晰的原理图示和实际的逻辑实现案例。 强调设计流程： 引导读者从需求分析、抽象建模到硬件描述，完整经历数字系统设计的全过程。 面向未来： 虽然根植于经典理论，但本书通过对PLD和CPU基础架构的讲解，为读者衔接VHDL/Verilog等硬件描述语言的学习做好充分准备。 丰富的习题： 每章末尾均附有分层级的练习题，以巩固概念理解并提升问题解决能力。 通过对本书内容的系统学习，读者将能够自信地分析、设计、实现和调试任何基于离散逻辑的数字系统，为未来在嵌入式系统、ASIC/FPGA设计或计算机体系结构领域的发展打下坚实的基础。

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我之前在学习FPGA编程的过程中，经常会遇到一些逻辑设计的瓶颈，尤其是对于如何高效地实现复杂的逻辑功能，总是感到力不从心。《Digital Principles and Applications》这本书，就像是为我量身定制的一把“钥匙”，解锁了我对数字逻辑设计的全新认知。它并没有止步于介绍基础的逻辑门和组合电路，而是将重点放在了如何利用这些基本单元构建出更高级别的功能模块，例如译码器、编码器、加法器、减法器，乃至更复杂的存储器和状态机。书中对状态机的设计和实现，提供了非常详细的步骤和实例，让我能够清晰地理解如何将抽象的系统需求转化为具体的数字逻辑电路。我特别喜欢书中关于时序逻辑设计的部分，作者通过对不同类型触发器和时钟同步的深入讲解，帮助我彻底理解了时序约束的重要性，以及如何避免潜在的时序问题。这本书让我不再觉得数字逻辑是一堆晦涩难懂的公式，而是能够将其视为一种强大的工具，用以构建高性能、高可靠性的数字系统。

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我是一个对硬件编程充满好奇的学习者，经常在各种嵌入式开发论坛上看到大神们讨论数字逻辑的概念，但总觉得隔着一层。直到我偶然发现了《Digital Principles and Applications》，我才真正打开了数字世界的大门。这本书的语言风格非常接地气，虽然技术性很强，但丝毫不显得枯燥乏味。作者似乎特别善于用通俗易懂的比喻来解释那些看起来很“高冷”的理论，比如用蜂鸣器的开关组合来解释门电路的功能，用排队买票的场景来比喻多路选择器的作用，这些都让我一下子就茅塞顿开。更令我惊喜的是，书中还穿插了不少历史背景和发展脉络的介绍，让我了解到这些数字原理是如何一步步演化至今的，这不仅增加了学习的趣味性，也让我对数字技术的演进有了更深刻的认识。我印象最深的是关于集成电路设计那一章，作者并没有简单罗列各种工艺，而是通过一个生动的例子，模拟了芯片设计师如何在有限的资源下，优化电路的性能和功耗。这种“故事化”的教学方式，让我觉得这本书不像是一本教材，更像是一次与数字世界先驱的对话。

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这本《Digital Principles and Applications》简直是电子工程领域的“宝藏”。我一直对数字电路感到一丝畏惧，尤其是那些复杂的逻辑门和时序电路，总觉得像在破解天书。但这本书的讲解方式，真的让我眼前一亮。作者并非直接丢出枯燥的公式和图表，而是巧妙地从最基础的开关原理开始，一点点构建起数字世界的骨架。那些一开始看起来像是谜团的逻辑组合，在作者的层层剖析下，变得清晰可见。我尤其欣赏书中那些生动的类比，比如用水龙头控制水流来解释“与门”和“或门”，瞬间就把抽象的概念具象化了。而且，每一章的末尾都配有大量的例题，而且这些例题不是那种千篇一律的重复，而是设计得很有思考性，能够真正检验你对知识的掌握程度。更绝的是，许多例题都提供了详细的解答过程，让你知道自己错在哪里，以及正确的解题思路。这对于自学来说，简直是福音。我从来没想过，学习数字电路可以这么有趣，甚至有点像在解谜游戏，每攻克一道难题，都能获得巨大的成就感。这本书让我重新认识了数字世界，也培养了我解决复杂技术问题的信心。

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作为一名从事了几年电子产品开发的工程师，我一直在寻求一本能够系统性回顾和深化数字电路理解的书籍。《Digital Principles and Applications》完全超出了我的预期。它不仅涵盖了数字电路最核心的原理，比如布尔代数、逻辑门、组合逻辑和时序逻辑，更重要的是，它以一种高度结构化的方式，将这些概念串联起来，形成了一个完整的知识体系。书中对各种数字电路模块的讲解，都非常深入且逻辑清晰，从最基础的设计原理，到实际应用中的注意事项，都考虑得十分周全。我尤其欣赏书中对数制转换、逻辑代数化简以及卡诺图应用的详细讲解，这些都是我们在日常工作中经常需要用到的基本功。而且，这本书的习题设计非常巧妙，很多题目都引导你去思考不同解决方案的优劣，这对于提升工程师的实际问题解决能力非常有帮助。它让我不再是零散地记忆知识点，而是能够构建起一个扎实的理论基础，从而在面对更复杂的电路设计和故障排除时，能够游刃有余。

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我最近在研究微控制器接口，遇到了不少难题，尤其是在理解数据手册和信号时序方面。我抱着试试看的心态翻开了《Digital Principles and Applications》，没想到它给了我巨大的启发。虽然我之前已经接触过一些数字电子基础，但这本书的视角非常独特，它不仅仅是介绍“是什么”，更侧重于“为什么”。作者在讲解每一个核心概念时，都会追溯到其根本原理，并详细解释它在实际应用中的价值和意义。例如，在讨论D触发器时，他不仅介绍了它的工作原理，还深入剖析了它在寄存器、计数器等关键模块中的作用，甚至还提到了它在CPU设计中的重要性。这种“由浅入深，由表及里”的讲解方式，让我能够从更高的维度去理解数字电路的设计哲学。书中的图示也非常精炼，每一个都恰到好处地传达了关键信息，没有多余的干扰。我特别喜欢书中关于组合逻辑和时序逻辑的对比分析，它帮助我彻底理清了这两种电路类型的界限和联系。这本书让我不再满足于“知道怎么用”，而是渴望“理解为何这样用”，这种对知识的深度追求，正是这本书带给我的最大收获。

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