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出版者:

作者:赵曙光^刘玉英^崔葛瑾

出品人:

页数:283

译者:

出版时间:2011-6

价格:27.20元

装帧:

isbn号码:9787040322194

丛书系列:

图书标签:

• 电
• 数字电路
• 数字系统设计
• 逻辑电路
• 可编程逻辑器件
• VHDL
• Verilog
• FPGA
• 电路分析
• 电子技术
• 计算机硬件

《芯片的微光：从逻辑门到智能核心》 引言 在我们日益互联和数字化的世界中，芯片无处不在。它们是智能手机、电脑、汽车，乃至我们日常生活中无数电子设备的“大脑”。然而，这些微小的硅片背后，隐藏着一套精巧的逻辑和严谨的设计，它们如何将抽象的指令转化为实际的功能？本书《芯片的微光：从逻辑门到智能核心》将带领读者深入探索数字电路的迷人世界，揭示构成现代科技基石的那些微小的、却拥有巨大力量的“微光”。 第一部分：逻辑的基石——二进制与逻辑门 本书的起点，将是构成一切数字系统的最基本单位：二进制。我们将从最简单的概念出发，理解计算机语言的本质——0和1。然后，我们将逐步认识那些实现逻辑运算的“魔法师”——逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）。通过直观的图示和易懂的例子，读者将理解这些基本门电路是如何协同工作，完成最基础的数据处理和决策。我们将探讨真值表、布尔代数等数学工具，它们是描述和优化逻辑门行为的语言。 第二部分：组合逻辑的设计艺术 在掌握了基本逻辑门之后，我们将进入组合逻辑的设计领域。组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入，不受历史状态的影响。本书将深入讲解如何使用逻辑门构建更复杂的组合逻辑单元，例如： 编码器与译码器： 如何将一种编码转换为另一种编码，以及如何将编码信号还原为原始信息。 多路选择器（MUX）与分路选择器（DEMUX）： 如何根据控制信号选择输入数据进行传输，或者将数据分发到不同的输出。 加法器与减法器： 数字计算的核心，我们将剖析全加器、半加器等单元的内部结构，理解它们如何实现二进制的算术运算。 比较器： 如何比较两个数字的大小。 本书将强调设计流程，包括需求分析、逻辑化表示、卡诺图简化（Karnaugh Map）以及硬件描述语言（HDL）的初步应用，让读者学习如何系统性地设计和优化组合逻辑电路。 第三部分：时序逻辑的神秘韵律 与组合逻辑不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还与电路的“记忆”——即过去的状态有关。这使得时序逻辑能够存储信息，实现更复杂的计算和控制。我们将深入探讨： 触发器（Flip-Flops）： D触发器、JK触发器、T触发器等，它们是构成存储单元的基本构件，能够记住一个比特的信息。 寄存器（Registers）： 由多个触发器组成的单元，用于存储一组数据。 计数器（Counters）： 能够按照特定规律计数，例如同步计数器和异步计数器。 状态机（State Machines）： 有限状态机（FSM）是时序逻辑设计的核心概念，它将电路的行为分解为一系列状态和状态之间的转换。我们将学习如何设计 Moore 型和 Mealy 型状态机，以控制复杂的系统行为。 本书将通过丰富的例子，展示如何利用触发器、寄存器和状态机来设计时序逻辑电路，为理解处理器、内存等复杂组件打下基础。 第四部分：时钟与同步世界的秩序 在数字电路中，时钟扮演着至关重要的角色，它为整个系统提供了一个统一的“节拍”，确保所有操作按部就班地进行。我们将详细研究： 时钟信号的生成与分配： 振荡器、PLL（锁相环）等。 时序约束： 建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time），理解它们对电路稳定运行的重要性。 亚稳态（Metastability）： 在时序逻辑设计中需要特别注意的一个问题，我们将探讨其产生原因和规避方法。 同步设计与异步设计： 介绍两种不同的设计哲学，以及它们各自的优缺点。 第五部分：硬件描述语言（HDL）与现代设计流程 在实际的芯片设计中，仅仅依靠手绘逻辑图已经无法满足需求。硬件描述语言（HDL）如 Verilog 和 VHDL，成为了描述、仿真和综合数字电路的标准工具。本书将引入HDL的概念，并重点介绍： HDL的基本语法和结构： 如何用代码描述逻辑门、组合逻辑和时序逻辑。 仿真（Simulation）： 如何通过仿真来验证设计的正确性。 综合（Synthesis）： 将HDL代码转化为门级网表的过程。 FPGA与ASIC： 介绍两种主要的数字集成电路实现方式，以及HDL在它们设计流程中的作用。 虽然本书不会深入到HDL的每一个细节，但将为读者提供一个清晰的视角，理解现代数字系统设计是如何通过软件工具完成的。 第六部分：从抽象到现实——数字系统的构建 在掌握了数字电路的基础理论和设计方法之后，本书将带领读者将这些知识融会贯通，理解更宏大的系统是如何由基本的数字模块组成的。我们将初步探讨： 微处理器（CPU）的简化模型： 介绍指令集、数据通路、控制单元等核心概念。 内存系统： RAM（随机存取存储器）和 ROM（只读存储器）的基本工作原理。 输入/输出（I/O）接口： 如何让数字系统与外部世界进行交互。 结语 《芯片的微光：从逻辑门到智能核心》旨在为对数字电路和系统设计感兴趣的读者提供一个坚实的基础。我们希望通过本书，读者能够理解数字世界的底层逻辑，欣赏工程师们如何将微小的硅片转化为强大而智能的设备。这不仅仅是一门技术，更是一种思维方式，一种将复杂问题分解、抽象化并最终实现精确控制的艺术。希望本书的旅程，能点燃你对数字技术探索的兴趣，让你看到那些潜藏在电子设备中，驱动着我们现代生活的“微光”。

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说实话，我本来对市面上大多数的教材持保留态度，总觉得它们要么过于理论化，要么就是案例陈旧，跟不上时代的发展。但这本书却成功地打破了我的偏见。它的叙述风格非常独特，不是那种冷冰冰的公式堆砌，而是充满了对事物本质的探究精神。作者似乎非常擅长用类比和生活化的语言来解释那些原本枯燥的电子学概念，读起来一点都不费劲，反而有一种豁然开朗的感觉。举个例子，它解释时序电路中的“毛刺”问题时，用了一个非常生动的比喻，让我瞬间就抓住了问题的核心所在，这比教科书上冷冰冰的定义有效得多。而且，这本书在某些关键章节的深度挖掘上做得极为出色，例如对竞争冒险和亚稳态的分析，其深入程度已经超越了一般本科教材的范畴，更接近于研究生级别的研讨，这为我后续的高级设计工作提供了坚实的理论支撑。我已经把它放在手边，时不时地翻阅，总能从中找到新的启发点。

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作为一名刚刚接触嵌入式系统开发的初学者，我之前尝试过几本号称“零基础入门”的书籍，但往往在进入到寄存器和时序控制这一关时就彻底迷失了方向。这本书带给我的感受完全不同。它没有急于求成地推销所谓的“最快路径”，而是耐心地构建了一个坚实的知识阶梯。我特别喜欢它在讲解并行与串行通信接口时，对数据帧结构、握手信号时序的细致剖析，这部分内容极其贴合实际通信协议的要求。最关键的是，书中提供的所有仿真波形图都标注得非常规范，电压电平、时间轴刻度都标注得一目了然，这让我能够清晰地分辨出信号的上升沿、下降沿以及潜在的时序冲突点。读完这本书，我感觉自己不再是那个对硬件电路一窍不通的“软件玩家”了，而是真正有能力去理解和设计底层数字逻辑的工程师，这本书无疑是我进入硬件设计领域的敲门砖和指路明灯。

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这本书的封面设计实在是太抓人眼球了，那种深邃的蓝色调配上电路图的线条，给人的感觉就是专业、严谨，一看就知道是本硬核的技术书籍。我本来还担心内容会过于晦涩难懂，但翻开目录才发现，作者的编排思路非常清晰，从最基础的逻辑门开始，层层递进地讲解到复杂的组合逻辑和时序逻辑电路，结构安排得堪称教科书级别。尤其让我惊喜的是，它不仅仅停留在理论层面，还融入了大量的实际应用案例和实验指导，比如讲解触发器的时候，配上了具体的小项目演示，这对于我们这些渴望动手实践的工程师来说，简直是福音。书中的图示和公式推导都做得非常详尽，即便是初次接触数字电路的人，也能通过反复研读这些图例，快速建立起对电路工作原理的直观理解。我个人对其中关于FPGA设计流程的介绍部分特别感兴趣，那部分内容翔实且紧跟行业前沿，感觉作者显然是下了大功夫去整合最新的设计方法论。读下来感觉像是在一位经验丰富的老工程师手把手的带领下学习，受益匪浅。

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我是一名在职的硬件工程师，工作内容时常需要处理一些遗留系统的维护和升级工作，对那些年代久远的电路设计规范和底层逻辑的理解要求很高。我购买这本书，其实是抱着试试看的心态，希望能在其中找到一些“老派”设计的精髓。结果发现，这本书虽然涵盖了现代的EDA工具和设计流程，但其对基础理论的溯源却做得非常扎实。它没有回避那些看似“过时”但却是基石的理论，比如卡诺图的简化、有限状态机的设计原则等，并且把这些基础知识和现代硬件描述语言（HDL）的语法巧妙地结合起来。书中提供了大量的对比分析，清晰地展示了从原理图到VHDL/Verilog代码的转换路径，这种“知其所以然，再知其所以然”的学习体验，极大地增强了我对代码背后物理实现的信心。对于我这种需要经常阅读他人代码并进行调试的人来说，这种自底向上的理解构建是至关重要的。

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这本书的排版和印刷质量简直是艺术品级别的。纸张的质地厚实，油墨印刷清晰锐利，即便是那些复杂的时序图和状态转移图，每一个细节都能看得一清二楚，长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。这在技术书籍中是相当难得的，很多时候，低劣的印刷质量会直接影响到对细节的判断。更值得称赞的是，作者在章节末尾设置的“设计挑战”部分，这些题目绝对不是那种随便糊弄人的选择题，而是需要真正动脑去分析、去推导的综合性问题。我花了整整一个周末才攻克了其中关于异步FIFO设计的一个难点，那种解开谜题后的成就感，是单纯看视频教程无法比拟的。这本书的价值，不仅在于它传授的知识，更在于它培养了读者系统性解决复杂工程问题的思维习惯。

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