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isbn号码:9780070038998

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• 计算机基础
• 数字逻辑
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• 数字电路
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《电子数据处理的原理与实践》 导言 在信息时代飞速发展的浪潮中，理解我们赖以生存的数字世界的基石——电子数据处理——已变得前所未有的重要。本书《电子数据处理的原理与实践》旨在为读者提供一个全面而深入的视角，剖析构成现代计算核心的 fundamental principles，并探讨其在现实世界中的广泛应用。我们并非仅仅停留于对抽象概念的阐述，而是力求揭示这些原理如何转化为驱动我们日常生活的强大技术，从智能手机到超级计算机，无处不在。 本书的编写初衷，是为那些渴望理解数字技术底层运作机制的学习者提供一条清晰的学习路径。无论您是计算机科学领域的初学者，还是希望深化自身理解的从业者，抑或是仅仅对信息技术充满好奇的探索者，本书都将为您打开一扇通往数字世界奥秘的大门。我们相信，对电子数据处理原理的深刻理解，不仅能帮助您更好地掌握现有的技术，更能激发您对未来创新的想象与创造。 第一部分：数字逻辑与基本门电路 万物皆有其根本，电子数据处理的根基深植于数字逻辑。本部分将带领您走进一个由0和1构成的抽象世界，探究它们如何通过逻辑门电路进行组合与运算。 二进制数制系统： 我们将从最基本的二进制（Base-2）数制系统开始，解释它为何成为计算机的语言。您将学习到二进制数的表示方法、与十进制（Base-10）数制的相互转换，以及在二进制环境下进行的加、减、乘、除等基本运算。理解二进制是理解所有后续数字逻辑的基础，就像掌握字母是学习语言的第一步。 布尔代数： 布尔代数（Boolean Algebra）是数字逻辑的数学骨架。我们将介绍其基本概念，如逻辑变量、逻辑运算（AND, OR, NOT）及其真值表。您将看到，这些看似简单的逻辑运算，是如何通过组合来表达复杂的逻辑关系，并为后续的电路设计奠定理论基础。 基本逻辑门电路： 基于布尔代数，我们将详细介绍最基础的逻辑门电路，包括与门（AND Gate）、或门（OR Gate）、非门（NOT Gate）。您将了解它们的符号表示、工作原理以及它们如何实现特定的逻辑功能。例如，一个与门只有在所有输入都为1时，输出才为1，这正是“与”逻辑的体现。 复合逻辑门电路： 随后，我们将探讨更复杂的逻辑门电路，如与非门（NAND Gate）、或非门（NOR Gate）、异或门（XOR Gate）以及同或门（XNOR Gate）。我们会分析这些复合门电路的功能，以及它们与基本门电路之间的关系。值得注意的是，与非门和或非门具有“通用性”，即任何逻辑函数都可以仅用与非门或或非门来实现，这在实际电路设计中具有重要意义。 逻辑表达式与电路化简： 理解了基本门电路的功能后，我们将学习如何将复杂的逻辑需求转化为逻辑表达式，并利用布尔代数的代数化简方法（如卡诺图）来优化这些表达式，从而设计出最精简、最高效的逻辑电路。这不仅是理论上的练习，更是工程设计中节约成本、提高性能的关键。 第二部分：组合逻辑电路设计 在掌握了基本的逻辑门电路后，我们将进一步学习如何将它们组合起来，构建能够执行特定任务的组合逻辑电路。 组合逻辑电路的定义与特性： 组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入状态，而与之前的状态无关。本部分将深入探讨这一核心特性，并解释其在数字系统设计中的应用场景。 编码器与解码器： 我们将学习编码器（Encoder）和解码器（Decoder）的设计。编码器负责将多个输入信号压缩成一个更短的二进制代码，而解码器则相反，将二进制代码扩展为一组独立的输出信号。例如，键盘输入就是一种编码过程，而显示屏驱动则需要解码器。 多路选择器（Multiplexer, MUX）与分路器（Demultiplexer, DEMUX）： 多路选择器允许我们从多个数据输入中选择一个，并将其输出。分路器则将一个输入数据流分发到多个输出中的一个。这两个电路在数据路由、信号选择等方面扮演着至关重要的角色。 加法器与减法器： 算术运算是数字计算机的核心功能之一。我们将详细介绍半加器（Half Adder）、全加器（Full Adder）的设计，以及如何构建能够执行任意长度二进制数加法操作的加法器。在此基础上，我们还将探讨减法器的实现，通常通过二进制补码运算来实现。 比较器： 比较器（Comparator）用于比较两个二进制数的相等性或大小关系，并输出相应的信号。这在数据排序、条件判断等场景中非常有用。 第三部分：时序逻辑电路与存储器 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还与电路之前的状态（即“记忆”）有关。这是实现计算和存储的关键。 触发器（Flip-Flop）： 触发器是时序逻辑电路的基本存储单元，它能够记住一个二进制状态（0或1）。我们将详细介绍各种类型的触发器，如SR触发器、JK触发器、D触发器和T触发器，以及它们的触发条件和状态转换图。 寄存器（Register）： 寄存器是由一组触发器组成的，用于存储一个或多个二进制字。我们将探讨并行加载寄存器、移位寄存器等不同类型的寄存器，以及它们在数据存储和传输中的作用。 计数器（Counter）： 计数器是一种特殊的时序逻辑电路，能够按照预设的顺序计数。我们将学习同步计数器和异步计数器的设计，以及它们在定时、分频等方面的应用。 存储器（Memory）： 存储器是计算机的核心组成部分，用于长期存储数据和指令。我们将介绍随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的基本原理，包括它们的工作方式、读写操作以及不同类型的RAM（如SRAM和DRAM）和ROM（如PROM、EPROM、EEPROM）。 第四部分：数字系统的组织与结构 将上述的逻辑单元组合起来，我们就能构建出功能强大的数字系统。本部分将关注这些组件如何被组织成一个整体，形成我们熟悉的计算设备。 有限状态机（Finite State Machine, FSM）： FSM是描述时序逻辑系统的理论模型，它包含一组状态、状态之间的转换以及输入/输出函数。我们将学习如何设计Mealy型和Moore型状态机，并将其应用于实际的控制逻辑设计。 微处理器（Microprocessor）的组成： 我们将深入剖析微处理器的核心组成部分，包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、寄存器组以及它们之间的互联。理解ALU如何执行算术和逻辑运算，以及控制单元如何协调整个处理器的工作流程，是理解计算机执行指令的关键。 指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA）： ISA是微处理器能够理解和执行的指令的集合。我们将讨论不同类型的指令（如数据传输指令、算术逻辑指令、控制流指令），以及指令的编码格式。 总线（Bus）与数据传输： 数据在处理器、存储器和其他外围设备之间需要通过总线进行传输。我们将介绍地址总线、数据总线和控制总线的功能，以及它们如何协同工作实现高效的数据交换。 输入/输出（I/O）接口： 计算机需要与外部世界进行交互。我们将探讨各种I/O接口的设计，以及它们如何连接键盘、显示器、硬盘驱动器等外部设备。 第五部分：高级主题与应用 在本部分的最后，我们将触及一些更高级的主题，并展望电子数据处理技术的未来发展。 数字信号处理（DSP）： DSP是利用数字技术处理模拟信号的技术，广泛应用于音频、视频处理、通信系统等领域。我们将简要介绍DSP的基本原理和应用。 可编程逻辑器件（PLD）： PLD，如FPGA（现场可编程门阵列），允许用户在硬件层面重新配置逻辑功能，这为快速原型开发和定制化设计提供了极大的灵活性。 计算机体系结构的发展： 我们将简要回顾计算机体系结构的发展历程，从早期的冯·诺依曼结构到现代的超标量、多核处理器，以及并行计算和云计算的兴起。 电子数据处理在现代社会的应用： 从嵌入式系统到人工智能，从互联网通信到科学计算，电子数据处理技术已渗透到我们生活的方方面面。我们将列举一些典型应用，并探讨其对社会带来的深刻影响。 结语 《电子数据处理的原理与实践》旨在为您提供一个坚实的知识基础，帮助您理解塑造我们数字世界的复杂而迷人的技术。我们希望本书能够激发您对计算机科学的进一步探索，并为您未来的学习和职业生涯奠定坚实的基础。掌握了这些 fundamental principles，您将能够更自信地驾驭技术浪潮，并可能成为下一轮技术革命的驱动者。

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这本《数字计算机基础》读起来真让人头疼，内容似乎完全聚焦在那些枯燥的逻辑门和布尔代数上，对于一个渴望了解现代计算原理的读者来说，简直是灾难。我本以为会深入探讨CPU的工作机制、内存的层级结构，或者至少能讲讲现代处理器设计中的一些巧妙之处，比如流水线、缓存一致性等等。然而，这本书的大部分篇幅都花在了对AND、OR、NOT这些基本逻辑运算的冗长阐述上，仿佛我们还在上世纪五十年代的电子工程启蒙课。翻阅起来，就像是在看一本厚厚的、过时的数字电路图集，充满了教科书式的刻板和脱离实际的理论堆砌。它完全没有触及到任何关于操作系统如何与硬件交互、编译器如何将高级语言转化为机器指令的实际操作层面。如果你想知道现代计算设备是如何在亚微米级别上实现复杂计算的，这本书恐怕连皮毛都摸不到，它提供的知识深度和广度，对于任何一个对数字技术怀有好奇心的人来说，都是严重不足的，读完只感到知识的真空，而不是充盈。

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我简直不敢相信在如今这个时代，还能看到如此缺乏图形化辅助和实例分析的计算机技术书籍。全书几乎被密密麻麻的文字和方程式占据，偶尔出现一两个示意图，也小得可怜，模糊不清，根本无法起到应有的辅助理解作用。在学习像时序逻辑或状态机这样的概念时，视觉化帮助是至关重要的，它能帮助我们的大脑构建空间模型和流程模型。但这本书完全依赖于纯文本描述，这对于任何依赖视觉学习的人来说都是一种折磨。我不得不自己动手，拿起草稿纸和笔，花费额外的时间去重新绘制那些本该在书中清晰呈现的图表，试图从中理清那复杂的信号流和时序关系。这种额外的“逆向工程”让我极度耗费时间，也极大地削弱了阅读体验。如果作者能投入更多的资源在排版设计和高质量的图例上，这本书的价值将会提升一个数量级，但现状是，它看起来更像是一份未经排版的早期手稿。

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最让我感到不解的是，这本书对现代计算范式的发展趋势几乎是完全“失聪”的。它停留在对离散逻辑的深入剖析上，却对过去三十年间影响计算领域最深远的进步——比如并行计算架构、GPU的崛起、以及新兴的量子计算基础概念——只字未提，或者提及时也是蜻蜓点水，缺乏实质性的讨论。在这个时代，仅仅掌握基础的冯·诺依曼结构和基础门电路是远远不够的，读者需要了解计算能力是如何通过架构创新实现指数级增长的。这本书给人的感觉就像是一本为20年前的工程师准备的教材，充满了历史的尘埃感。它未能提供一个通往未来计算视野的窗口，而是把我牢牢地锁在了对“过去基础”的重复确认中，使得这次阅读体验在知识更新和前瞻性方面，显得极其苍白和落伍。

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这本书的作者似乎对“实用性”有着一种近乎偏执的反感。它浓墨重彩地描绘了理论上的“完美”数字系统，却完全回避了现实世界中电子元件的限制、噪声的影响、功耗问题以及散热需求等关键因素。在阅读过程中，我不断地在脑海中提出疑问：如果我真的要用这些理论去设计一个实际的计算单元，我该如何应对信号延迟？当晶体管工作在不同温度下，这些逻辑函数的可靠性如何保证？然而，这些现实世界中的“摩擦力”在书中被完全忽略了。它提供的是一个真空中的理想模型，一个在任何真实实验室环境下都无法完美复现的理论构造。这种脱离实际的完美主义，使得这本书的知识显得有些“失重”，无法真正沉淀为解决实际工程问题的能力。它教你如何构建一个理论上的城堡，却没教你如何在地基不稳的土地上把它建造起来。

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说实话，这本书的叙事方式简直是一场噩梦，它仿佛是为那些对时间顺序和逻辑清晰度完全没有概念的人写的。每一章的衔接都显得无比生硬，前一页还在讨论RS触发器，下一页就毫无预兆地跳到了某种极其晦涩的编码理论，中间没有任何平滑的过渡或清晰的逻辑链条来引导读者。我期待的是一种由浅入深、层层递进的知识构建过程，而不是这种碎片化的信息轰炸。作者似乎认为读者天生就拥有某种未被言明的背景知识，所以毫不吝啬地使用了大量的专业术语，却鲜少提供直观的类比或实际应用场景来佐证其论点。这使得理解过程异常缓慢且充满挫败感。想象一下，你正在努力跟上一个思维跳跃的演讲者，他不断抛出新的概念，却从不回头帮你巩固前一个概念的理解，就是这种感觉。对于自学或者初次接触这个领域的同学来说，这本书无疑是一个巨大的路障，它消耗了你大量的精力，却没能提供相应的回报。

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