微型计算机原理与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:赵国相

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2004-1

价格:30.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030130259

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 计算机原理
• 接口技术
• 汇编语言
• 8086
• 微处理器
• 计算机系统
• 硬件
• 电子技术
• 数字电路

《数字电路设计与实践基础》 图书简介 本书旨在为电子工程、计算机科学与技术、自动化等相关专业的学生和工程技术人员提供一套全面、深入且兼具实践性的数字电路设计与基础理论指导。我们专注于构建坚实的理论基础，并引导读者将理论知识转化为实际操作能力，从而掌握现代电子系统设计与实现的核心技能。 本书内容涵盖了从最基础的逻辑门电路到复杂的组合逻辑与时序逻辑系统的设计与分析全过程。我们力求在保持学术严谨性的同时，用清晰易懂的语言阐述复杂的概念，确保读者能够平稳地跨越理论与实践之间的鸿沟。 --- 第一部分：数字系统的基石——逻辑与数制 本部分是理解后续所有数字电路设计的基础。我们从信息如何被表示和处理开始讲解。 第一章：信息表示与数制系统 本章详细介绍了人类世界与机器世界之间的桥梁——数制系统。首先回顾了常用的十进制、二进制、八进制和十六进制系统，并系统地阐述了不同进制之间的相互转换方法，包括整数和定点小数的转换。重点讲解了计算机内部数据表示的基石——二进制，及其在实际应用中的重要性。 第二章：布尔代数与逻辑门电路 这是数字电路的“语法”。本章深入讲解了布尔代数的基本公理、定理和运算法则，包括德摩根定律、分配律等，这些是简化和优化电路的数学工具。随后，详细介绍了基本逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR）的逻辑功能、真值表和标准符号。特别强调了通用门（NAND 和 NOR）的构造能力，证明了仅使用其中一种门即可实现所有其他逻辑功能。本章最后通过实际电路图示例，展示了如何用逻辑门实现简单的布尔表达式。 第三章：逻辑函数的化简 在设计复杂的数字电路时，必须对初始的逻辑表达式进行优化，以减少所需器件数量、降低成本和功耗，并提高电路的速度。本章提供了多种化简方法： 1. 卡诺图（Karnaugh Map, K-Map）: 详细讲解了二维、三维乃至四维卡诺图的使用方法，包括圈选“1”的规则、最小项（Minterms）和最大项（Maxterms）的识别、以及如何利用它找出逻辑函数的最小积之和（SOP）或最小和之积（POS）表达式。 2. Quine-McCluskey（Q-M）法: 对于超过四变量的复杂函数，本章引入了更具系统性的代数化简方法——Q-M法，通过表格法系统地找出所有素蕴含项（Prime Implicants）和必需素蕴含项（Essential Prime Implicants），从而得到最简表达式。 --- 第二部分：组合逻辑电路的设计与应用 组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入状态，是构建数据处理功能的核心。 第四章：组合逻辑电路的分析与设计 本章将理论知识应用于实际。首先介绍了如何根据给定的逻辑表达式、真值表或文字描述来构建电路图。随后，重点讲解了关键的组合逻辑器件： 1. 译码器（Decoders）: 介绍 $n$ 对 $2^n$ 译码器的原理、设计和应用，例如用其生成任意逻辑函数。 2. 编码器（Encoders）: 讲解优先级编码器（Priority Encoder）的必要性及其在处理多个同时输入信号时的决策机制。 3. 数据选择器/多路复用器（MUX/DEMUX）: 深入分析 MUX 作为多功能器件的角色，如何用 MUX 实现任何组合逻辑函数，以及 DEMUX 的反向应用。 4. 加法器与算术逻辑单元（ALU）: 详细介绍半加器、全加器，以及如何通过串行和并行结构实现多位加法运算（如先行进位加法器），为运算电路打下基础。 第五章：可编程逻辑器件（PLD）简介 随着集成电路技术的发展，通用逻辑门电路正逐渐被可编程器件取代。本章作为过渡，简要介绍了可编程逻辑器件的基本概念，包括可编程只读存储器（PROM）、普遍阵列逻辑（PAL）和可编程阵列逻辑（PLA）的基本结构和工作原理，展示了如何利用这些器件快速实现复杂的组合逻辑。 --- 第三部分：时序逻辑电路——记忆与状态 时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于电路的先前状态，这是实现存储、计数和控制的基础。 第六章：锁存器与触发器：基本存储单元 本章是时序电路的核心。我们从最简单的双稳态电路（Latch）开始，分析其输入-输出特性和对控制信号的敏感性。随后，重点讲解四种主要的触发器类型及其特性： 1. SR 触发器（Set-Reset）: 分析其“无效操作”问题。 2. D 触发器（Data）: 讲解其数据锁存功能，是最常用的基本单元。 3. JK 触发器: 分析其作为通用触发器的优势，特别是其“切换（Toggle）”模式。 4. T 触发器: 介绍其在分频电路中的应用。 本章强调了对主从结构（Master-Slave）和边沿触发（Edge-Triggered）概念的理解，以区分锁存器和真正的触发器。 第七章：同步时序系统的分析与设计 现代数字系统大多采用同步工作方式，由统一的时钟信号控制。 1. 寄存器（Registers）: 介绍并行输入/并行输出、串入并出等不同类型的寄存器，及其在数据暂存中的作用。 2. 时序逻辑状态图与状态表: 详细介绍如何使用时序逻辑图（State Diagram）来描述和分析一个系统所需的状态转换过程。这是设计复杂控制器件的路线图。 3. 有限状态机（FSM）设计: 系统地介绍 Mealy 型和 Moore 型有限状态机的设计流程，包括状态分配、状态简化、驱动逻辑（输入逻辑）和输出逻辑的推导，并辅以实际的序列检测器设计案例。 第八章：计数器电路 计数器是时序电路中应用最广泛的结构之一。本章分为异步计数器和同步计数器两大部分进行讲解： 1. 异步计数器（Ripple Counters）: 分析其结构和缺点（如时间延迟累积）。 2. 同步计数器: 介绍如何利用 JK 或 T 触发器设计固定模数（Mod-N）的同步计数器，并探讨了如何通过状态图和触发器激励表来设计任意序列计数器。 3. 应用: 讲解计数器在频率分频、数字波形产生和事件计数中的实际应用。 --- 第四部分：存储器与系统集成基础 本部分将视角从单个电路单元扩展到大型系统的数据存储与组织。 第九章：存储器组织与RAM/ROM 本章深入探讨半导体存储器的结构和工作原理： 1. 存储器基础: 介绍存储单元的组织方式（地址线、数据线、读/写控制），以及存储容量的计算。 2. 随机存取存储器（RAM）: 讲解静态 RAM (SRAM) 和动态 RAM (DRAM) 的基本单元结构、读写时序，以及它们在系统中的作用。 3. 只读存储器（ROM）: 介绍 Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM 的物理结构和特性，及其在固件存储中的应用。 第十章：数字系统中的交互与接口 本章关注数字电路如何与其他类型电路（如模拟电路）进行交互，这是构建完整电子系统的关键环节。 1. 数据转换概述: 简要介绍模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的基本功能和重要性。 2. 总线结构基础: 讲解系统内数据传输的基本规范，如三态缓冲器（Tri-State Buffer）的作用，以及如何通过控制逻辑实现数据的单向或双向传输。 --- 结语 本书的撰写目标是使读者不仅能够理解数字逻辑电路的工作原理，更重要的是，能够独立运用所学的理论知识和设计方法，去分析、设计和验证复杂的数字系统。通过大量的例题和实践导向的分析，我们期望本书能成为读者进入高级数字系统设计、微处理器或嵌入式系统学习道路上的坚实起点。

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从一个**硬件爱好者**的角度来看，这本书最大的魅力在于它对**信号完整性与时序控制**的关注。许多教材在讨论接口时，只是简单提及时钟和数据线的概念，但这本书却深入探讨了**总线竞争、信号上升沿/下降沿的要求**以及如何通过**锁存器和缓冲器**来保证数据在高速传输中的可靠性。对于学习如何设计简单的数字电路接口电路非常有帮助。书中对于**并行数据传输的同步与异步方式**的对比分析，结合了实际的硬件电路图，使得抽象的概念具象化了。例如，它详细解释了握手信号（Strobe, Busy, Acknowledge）在不同I/O模式下的角色和时序关系。这种对物理层细节的关注，使得读者不仅仅停留在软件层面对寄存器的操作，更能理解这些操作背后对**电压电平、时钟频率**等实际物理条件的依赖。这本书的价值在于培养了一种“硬件思维”，让你在设计任何与微机相连的设备时，都能考虑到底层物理传输的限制和要求。

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我必须指出，《微型计算机原理与接口技术》在**系统级抽象与硬件抽象层（HAL）**的介绍上做得非常出色，这往往是其他同类书籍容易忽略的薄弱环节。它成功地将复杂的硬件操作逻辑转化为可移植的软件接口概念。书中关于**可编程中断控制器（PIC）和系统定时器**的章节，不仅讲解了8259A这类经典芯片的工作原理，还巧妙地过渡到了现代系统中的**APIC（高级可编程中断控制器）**的架构演进，这种跨越历史的视角非常独特。特别是对**并行I/O端口的初始化配置过程**的描述，清晰地展示了如何通过一系列的寄存器读写操作，将一个无序的硬件端口激活并配置成特定的工作模式，这对于从事早期操作系统移植或者固件开发的人员来说，价值无可估量。这本书的结构安排非常合理，从核心CPU到总线再到外设，层层递进，构建了一个完整且自洽的微机系统模型，很少有这种能同时兼顾理论深度和实践细节的教材。

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初次翻阅这本厚厚的《微型计算机原理与接口技术》，我最直观的感受是其在**外设接口技术**方面的详尽与实用性。市面上很多书籍往往只停留在理论层面，但这本书却非常“接地气”。它花了大量的篇幅介绍**并行接口（如LPT）和串行接口（如RS-232、USB）的电气特性和协议栈**。尤其值得称赞的是，作者没有回避那些容易让人头疼的**数据传输速率与校验机制**问题，而是通过实例对比，清晰阐明了不同接口在特定场景下的优缺点。我记得有一章专门讲解了**DMA（直接内存存取）控制器**的工作模式，图示细腻到连寄存器位的变化都标注得清清楚楚，这对于我们做实时数据采集系统的人来说，简直是救命稻草。此外，它对**中断请求（IRQ）和I/O地址映射**的讲解，将硬件隔离和软件控制的桥梁搭建得非常完美。这本书的价值在于，它不仅告诉你“是什么”，更重要的是教会你“怎么用”和“为什么这么设计”，是一本非常适合动手实践的参考手册。

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这本书的叙事风格非常**严谨且具有学术深度**，阅读体验像是在跟随一位经验丰富的教授进行系统化的知识灌输。它在讲解**存储器层次结构**时，展现出了令人敬佩的细致度。不仅仅是简单地罗列SRAM和DRAM的特性，而是深入探讨了**动态随机存取存储器（DRAM）的刷新周期**、**多级缓存一致性协议（如MESI协议的简化版）**在多核环境下的作用。这种对细节的执着，使得我对“延迟”和“带宽”这些概念有了更深刻的物理理解。更让我印象深刻的是，书中对**微处理器指令集的分类与寻址方式**的分析，作者用清晰的逻辑图梳理了不同寻址模式（立即数、直接、间接、寄存器相对等）对代码执行效率的潜在影响，这对于编写高性能汇编代码或者进行底层优化至关重要。这本书不适合那种想快速浏览、蜻蜓点水般的读者，它需要你沉下心来，逐字逐句地去啃，才能体会到其中蕴含的工程智慧。

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这本《微型计算机原理与接口技术》真是让我大开眼界，尤其是关于**嵌入式系统设计**的那几个章节，简直是教科书级别的深度和广度。作者显然对现代处理器架构有非常深刻的理解，不仅详细讲解了冯·诺依曼和哈佛两种架构的区别，更深入剖析了流水线技术、Cache 的工作原理及其对系统性能的影响。我特别喜欢它对**中断处理机制**的论述，逻辑清晰，图示丰富，使得原本枯燥的硬件层面的交互过程变得直观易懂。对于希望从应用层转向底层开发的人来说，这本书提供了坚实的基础，它没有停留在概念的描述上，而是给出了大量具体的**指令集操作码分析**和**时序图示例**，帮助读者真正理解微处理器是如何一步步执行程序并与外部设备通信的。此外，书中对**总线仲裁协议**的对比分析也非常到位，无论是传统的并行总线还是新兴的串行高速总线，都有涉及，展现了作者对计算机发展历史和未来趋势的全面把握。读完后，感觉自己对“计算机为什么这样运行”的底层逻辑有了全新的认识，对于后续学习操作系统和编译原理也大有裨益。

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