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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:1994-01-24

价格:USD 76.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780028018249

丛书系列:

图书标签:

• 数字电路
• 实验
• 逻辑设计
• 数字系统
• 电子工程
• 计算机组成原理
• 实践
• 教学
• 实验手册
• 数字逻辑

好的，这是一份关于一本名为《电子系统设计与实现基础》的图书的详细简介，该书涵盖了从基本数字逻辑到复杂系统构建的广泛主题，内容详实，旨在为读者提供扎实的理论基础和实践指导。 --- 图书名称：电子系统设计与实现基础 (Foundations of Electronic System Design and Implementation) 内容简介： 《电子系统设计与实现基础》是一本面向电子工程、计算机科学以及相关技术领域学生的综合性教材。本书旨在系统地介绍现代电子系统的核心原理、设计方法和实现技术，重点关注从底层数字逻辑到系统级集成的全过程。全书结构严谨，内容深入浅出，力求在理论深度与工程实践之间取得完美的平衡。 第一部分：数字电子学基础与逻辑设计 本书伊始，系统地回顾了电子学必备的数学基础，包括布尔代数、集合论以及有限状态机理论，为后续的数字电路设计奠定坚实的理论基石。 半导体器件物理与基础电路： 详细阐述了PN结、二极管和晶体管（BJT和MOSFET）的工作原理，并在此基础上构建了基本的放大器和开关电路。这部分内容强调了器件特性如何影响宏观电路性能。 组合逻辑电路设计： 深入探讨了逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的特性，并系统介绍了组合逻辑电路的设计流程，包括真值表推导、卡诺图化简（K-Map）和Quine-McCluskey方法。重点分析了译码器、编码器、多路选择器和算术逻辑单元（ALU）的实现，为理解数据通路奠定基础。 时序逻辑电路分析与设计： 这一章节详细解析了存储单元——锁存器（Latches）和触发器（Flip-Flops，包括SR, D, JK, T型）的工作机制及其对时序的影响。在此基础上，构建了寄存器、移位寄存器和计数器等核心时序模块。对建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的分析，是确保系统稳定运行的关键。 同步时序系统设计： 将组合逻辑和时序逻辑结合，引入了有限状态机（FSM）的设计方法，包括米利（Mealy）和穆尔（Moore）模型。详细讲解了状态图到状态编码、逻辑方程提取和电路实现的完整流程，这是实现控制器逻辑的核心技能。 第二部分：中规模集成电路与可编程逻辑 在掌握了基本门级设计后，本书转向利用现有的标准单元和可编程器件进行高效系统构建。 标准集成电路家族介绍： 涵盖了TTL和CMOS逻辑家族的电气特性、扇入/扇出、噪声容限和功耗特性。通过实例说明了如何使用如74系列等标准芯片搭建小型系统。 可编程逻辑器件（PLD）概述： 介绍了可编程只读存储器（PROM）、现场可编程门阵列（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的基本结构和编程原理。重点阐述了逻辑阵列（AND-OR结构）的映射过程。 硬件描述语言（HDL）基础： 本部分引入了Verilog HDL作为系统描述和实现的工具。详细讲解了数据类型、行为级建模、结构级建模和混合建模的语法与语义。通过编写门级和行为级的电路代码，展示了如何使用高级语言描述底层硬件。 第三部分：数据通路与处理器基础 本部分将理论设计提升到系统架构层面，关注数据如何在处理器中流动和被处理。 数据表示与算术运算： 深入讨论了二进制、格雷码、BCD码等数据表示方法。重点解析了补码运算、加法器（半加器、全加器、行波进位加法器、先行进位加法器）和乘法器的设计，揭示了数字计算的底层实现机制。 存储器系统结构： 介绍了静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的基本单元结构、读写时序和地址译码机制。讨论了高速缓存（Cache）的工作原理，包括直接映射、集合关联和全关联映射策略。 精简指令集计算机（RISC）核心： 阐述了指令集架构（ISA）的基本概念，并以经典的单周期RISC处理器为例，详细设计了指令的取指、译码、执行、访存和写回五个阶段。对数据通路中关键组件（如PC、指令寄存器、ALU、通用寄存器堆）的互联进行了详尽的分析。 流水线技术入门： 介绍了指令流水线的基本概念、五级流水线的结构以及如何通过流水线提高系统吞吐量。重点分析了流水线中的关键挑战——结构冲突、数据冲突（冒险）和控制冲突（分支预测），并讲解了相应的解决方案，如数据前递（Forwarding）和停顿插入（Stall Insertion）。 第四部分：系统集成与接口技术 最后一部分将视角扩展到整个电子系统，关注不同模块间的通信和物理实现。 总线结构与仲裁： 探讨了并行总线和串行总线的结构、时序和协议。详细分析了单主/多主系统中的仲裁机制，如链式查询、计数器仲裁和独立请求仲裁，确保数据传输的有序性。 输入/输出（I/O）接口： 介绍了并行I/O和串行I/O（如UART, SPI, I2C）的基本工作方式和时序要求。重点讲解了中断驱动I/O和直接内存存取（DMA）的原理，这些都是实现高效外设交互的关键技术。 可编程逻辑综合与布局布线基础： 简要概述了从HDL代码到实际门阵列映射的综合流程。讨论了时序约束的设置，以及布局布线对电路性能（如时钟延迟和路径延迟）的具体影响，强调了设计收敛的重要性。 目标读者： 本书适合作为大学本科高年级或研究生阶段的专业课程教材，尤其适用于数字逻辑设计、计算机组成原理、嵌入式系统基础等课程。通过学习，读者将不仅掌握设计数字电路的理论工具，更能理解现代微处理器和SoC（系统级芯片）背后的核心设计哲学。本书强调从晶体管层级到指令集架构的完整视野，培养读者解决复杂电子系统问题的能力。 ---

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