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出版者:Addison Wesley Longman

作者:M. Morris Mano

出品人:

页数:608

译者:

出版时间:2006-12

价格:USD 178.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780132348485

丛书系列:

图书标签:

• EECE256
• DigitalDesign
• 数字设计
• 计算机组成原理
• 逻辑设计
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• FPGA
• EDA
• 计算机硬件
• 电子工程

好的，这是一本名为《数字逻辑与电路设计》的图书简介，它专注于数字系统的底层原理和实际应用，内容涵盖数字电子学的核心概念，但不包含《Digital Design》一书中通常会涉及的特定章节或主题。 --- 《数字逻辑与电路设计：从基础门电路到复杂系统实现》 本书简介 在当今信息技术的飞速发展浪潮中，支撑起所有现代电子设备——从智能手机到超级计算机——的基石，正是我们精心设计的数字逻辑电路。然而，要真正掌握现代电子系统的精髓，必须深刻理解这些数字世界构建模块的底层原理和实现机制。 《数字逻辑与电路设计：从基础门电路到复杂系统实现》正是为有志于深入理解数字电子学、系统架构以及硬件描述语言（HDL）应用实践的工程师、学生和技术爱好者而量身打造的权威指南。 本书避开了传统数字设计教材中可能侧重于特定组合逻辑的细致分析或形式化验证的某些高级理论，而是将焦点完全集中于数字系统的物理实现、时序逻辑的构建、数据路径的设计，以及如何利用行业标准硬件描述语言高效地将概念转化为可工作的电路。我们旨在提供一个坚实、实用的知识体系，使读者能够从晶体管级别的抽象过渡到系统级的设计思维。 第一部分：数字系统的基石与基础理论 本部分为后续复杂设计打下不可或缺的理论基础。我们将不再仅仅停留在布尔代数的基本运算，而是深入探讨这些代数结构在实际物理世界中的映射和局限性。 1. 信号与系统：从模拟到数字的桥梁 我们从考察信号的本质开始，明确模拟信号与数字信号的本质区别。重点探讨量化（Quantization）和采样（Sampling）过程如何影响信息的保真度，以及在实际电路中，信号的上升沿、下降沿时间，以及噪声裕度（Noise Margin）如何直接决定了逻辑操作的可靠性。本章详细分析了标准逻辑电平（如TTL和CMOS）的电压阈值和扇出能力，为理解后续的门电路选择提供物理依据。 2. 基础逻辑元件的深入剖析 超越简单的真值表，本章详细解构了最基本的逻辑门——AND, OR, NOT, XOR——在CMOS技术下的晶体管级实现。我们将分析动态功耗和静态功耗的来源，探讨亚阈值泄漏电流对现代低功耗设计的影响。此外，本章还详尽介绍了基本逻辑门的延迟特性，包括传播延迟（Propagation Delay）和建立时间/保持时间（Setup/Hold Time）的物理成因，这是理解所有时序电路工作的基础。 3. 组合逻辑的优化与实现 本章侧重于如何高效地实现复杂的组合功能。我们系统地学习了卡诺图（Karnaugh Maps）的简化方法，但更重要的是，我们引入了多输入逻辑函数的迭代简化策略，这对于处理超过五变量的实际问题至关重要。本章还深入探讨了多级逻辑网络的设计，包括如何通过中间节点的引入来优化延迟和驱动能力，并介绍了逻辑综合（Logic Synthesis）在现代流程中的作用和原理，即如何将布尔表达式自动映射到目标工艺库中的标准单元。 第二部分：时序逻辑与状态的控制 数字系统的核心魅力在于其存储和控制序列的能力。本部分将引导读者掌握如何构建和分析存储信息、执行序列操作的时序电路。 4. 锁存器与触发器的精密构造 本章是理解所有状态机的关键。我们首先剖析了基本锁存器（Latch）的内部结构，重点分析了其透明性带来的设计陷阱。随后，我们将重点研究主从结构（Master-Slave）和边沿触发（Edge-Triggered）的D触发器和JK触发器。对于触发器，我们花费大量篇幅分析了时序约束——建立时间和保持时间——及其违例对系统同步性的灾难性后果。我们将通过具体的时序图示例，展示如何计算和检查这些关键参数。 5. 异步逻辑与时钟域的隔离 在实际系统中，我们很少能保证所有逻辑都在同一个完美时钟下运行。本章探讨了异步系统中的信号同步问题。我们将详细介绍构建可靠的握手协议（Handshaking），并深入研究跨时钟域（CDC）设计中使用的标准电路，如双同步器（Two-Flip-Flop Synchronizer）和更鲁棒的异步FIFO结构。本书将强调消除亚稳态（Metastability）的实践方法，而非仅仅停留在理论描述。 6. 寄存器组与移位寄存器 本章聚焦于数据在时序单元间的有效组织。我们设计并分析了不同类型的寄存器组（如加载、清除、并行/串行输入输出）的实现。移位寄存器部分，我们探讨了SISO, SIPO, PISO, SISO等模式，并重点分析了环形计数器（Ring Counter）和扭环计数器（Twisted-Ring Counter）的构造与应用，这些是实现特定序列发生器和频率分频电路的基础。 第三部分：大规模结构的设计与实现 当基础模块被掌握后，我们需要学会如何将它们高效地组织成复杂的、可扩展的系统。 7. 算术逻辑单元（ALU）的构建 本章专注于数据处理的核心。我们首先回顾了全加器和超前进位（Carry Lookahead）加法器的结构，分析了延迟与复杂度的权衡。随后，我们将设计一个功能完备的算术逻辑单元（ALU），包括加法、减法、逻辑运算以及零检测和溢出标志的生成。我们还将探讨乘法器和除法器在硬件中的基本迭代实现方式。 8. 存储器的结构与接口 我们分析了静态随机存取存储器（SRAM）的基本存储单元——六晶体管结构，理解其工作原理和读写时序。本章的核心在于学习如何将这些存储单元组织成大规模的存储器阵列，并重点讲解了存储器地址译码器（Decoder）的设计，以及如何通过控制片选（Chip Select）信号与其他逻辑模块进行交互。 9. 状态机的设计与控制 本章是系统控制逻辑的核心。我们系统地介绍了有限状态机（FSM）的两种主要建模方式：米利（Mealy）型和穆尔（Moore）型。我们详细阐述了如何从系统需求规格中提取状态、定义输入和输出。在实现层面，本书重点讨论了状态编码的优化，特别是如何使用One-Hot编码来提高电路速度并简化组合逻辑的复杂性，同时分析了三段式FSM（Three-Segment FSM）在大型控制单元中的应用优势。 第四部分：硬件描述语言（VHDL/Verilog）实践 理论知识只有通过实际的硬件描述语言才能高效地转化为可验证和可综合的代码。 10. HDL基础与设计流程 本章介绍VHDL和Verilog（或任选其一作为主导语言）的基本语法结构，包括数据类型、运算符和结构化语句。我们将详细阐述层次化设计（Hierarchical Design）的理念，即如何分解复杂系统并建立模块间的接口。 11. 行为级建模与综合指导 本书强调可综合（Synthesizable）的代码编写。我们将区分行为级描述（如`always`块或`process`）与结构级描述的差异。通过大量实例，展示如何编写清晰、无歧义的代码，确保综合工具能生成符合预期的优化后门阵列。特别关注如何使用HDL来描述组合逻辑和时序逻辑，并展示如何利用HDL语言结构来控制时钟和复位信号的敏感性列表。 12. 仿真、验证与时序约束 我们探讨了数字设计流程中至关重要的仿真和验证阶段。本章介绍了测试平台（Testbench）的构建原则，用于对设计的各个模块进行功能验证。最后，本书深入讲解了静态时序分析（STA）的基础概念，并指导读者如何使用特定的时序约束语言（如SDC的简化概念）来指导布局布线工具，以确保最终的物理实现满足严格的时序要求。 --- 《数字逻辑与电路设计：从基础门电路到复杂系统实现》的目标是培养读者“像硬件工程师一样思考”的能力。本书提供了一个从最基本的晶体管功能，到构建复杂、同步、可测量的数字系统的完整、实用的设计路径。它是一本为注重工程实践和系统级理解的专业人士准备的深度参考书。

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天呐，我简直要被这本书里的概念绕晕了！《Digital Design》这本书，怎么说呢，就像是把我扔进了一个布满开关和电路图的迷宫。我努力想跟上作者的思路，理解那些逻辑门、触发器和状态机，但有时感觉自己像是在和一大堆抽象符号搏斗。尤其是当我看到那些时序图和波形图时，我脑子里就开始自动播放“卡农”——一种循环往复，仿佛永远没有尽头的音乐。我得承认，这本书对那些真正热爱数字系统设计的人来说，可能是一座宝藏，充满了深度和细节。但对于我这样刚入门的菜鸟来说，简直就是一场智力上的“高难度挑战”。我记得有一次，我尝试着理解一个复杂的状态机的设计，翻来覆去看了好几遍，结果还是觉得像在看天书。我怀疑自己可能需要先去上几节数学课，或者找个私人教练来给我补习一下理论基础，才能真正领会这本书的精髓。不过，也正是这种挑战让我觉得，如果我能啃下这本书，那一定会有巨大的成就感。我正在尝试着把书中的例子在仿真软件里跑一遍，希望能通过实践来加深理解，而不是仅仅停留在理论层面。希望我的努力不会白费，总有一天我能在这个数字世界的迷宫里找到出口。

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坦白说，我被这本书的深度和广度给震撼到了。《Digital Design》这本书，与其说是一本教材，不如说是一本百科全书。它不仅仅涵盖了数字电路设计的理论基础，更是在此之上，触及了非常多的前沿技术和实际应用。我惊讶地发现，书中对于FPGA（现场可编程门阵列）和ASIC（专用集成电路）的设计流程，都有非常详细的介绍，并且还涉及了相关的工具链和设计流程。对于如何优化电路的性能、功耗和面积，作者也提供了许多实用的方法和技巧。我记得有一次，我看到书中关于互连线延迟和时钟树综合的讨论，这让我对大型数字系统的设计有了更深刻的认识。虽然有些章节的复杂度让我感到有些吃力，但我知道，这是因为这本书的内容本身就非常丰富和前沿。我感觉自己像是站在一个巨大的知识宝库面前，里面有太多值得探索的东西。这本书的阅读，不仅仅是知识的获取，更是一种思维方式的转变，让我开始以一种全新的视角去审视和设计数字世界。

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这本书的出版，无疑为我近期学习数字逻辑电路的道路上增添了一抹浓墨重彩的亮色。我尤其欣赏作者在引入基本概念时的循序渐进，从最基础的布尔代数出发，逐步搭建起对组合逻辑和时序逻辑的认识框架。书中对卡诺图化简、Quine-McCluskey算法等优化技巧的讲解，清晰易懂，配以大量的例题，让我能够融会贯通，并且在实际的设计中能够更有效地进行简化。而对于状态机的设计，作者更是下了不少功夫，详细阐述了有限状态机（FSM）的各种设计流程和实现方式，包括Mealy型和Moore型，并提供了多个不同复杂度的实例。我特别喜欢书中对数据通路和控制单元的划分讲解，这为理解整个数字系统的运作机制打下了坚实的基础。虽然有时某些章节的推导过程会让我眉头紧锁，需要反复琢磨，但每一次的突破都带来了巨大的满足感。这本书的阅读体验，就像是在攀登一座知识的山峰，虽然过程充满挑战，但每一次的登高望远，都能让我看到更广阔的风景。我相信，通过这本书的学习，我的数字设计能力将得到质的飞跃。

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我必须说，《Digital Design》这本书给我带来了一种前所未有的沉浸式学习体验。作者的叙述方式非常生动，仿佛他正坐在我旁边，手把手地教我如何构建一个数字系统。他不仅仅是罗列公式和定理，而是用一种非常“接地气”的方式，将抽象的逻辑概念与实际应用相结合。我记得有一章讲到微处理器设计，作者竟然将整个过程分解成了一个个小模块，从指令集架构到流水线设计，每一步都讲解得细致入微。更让我惊喜的是，书中还穿插了一些“趣闻轶事”，比如某个关键的发明是如何诞生的，或者某个设计的巧妙之处在哪里，这些都让原本可能枯燥的技术内容变得妙趣横生。我常常在阅读过程中，不自觉地被作者的幽默感和洞察力所吸引。这本书的排版也非常舒服，图文并茂，各种框图、时序图都清晰明了，让我很容易就能把握住核心内容。总而言之，这是一本让我“欲罢不能”的书，我感觉我不仅仅是在学习知识，更是在和作者进行一场精彩的思想交流。

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这本书在阐述数字逻辑的基本原理方面，可以说是做到了极致的深入和详尽。当我开始阅读时，我原以为会遇到一些枯燥乏味的理论堆砌，但事实证明我错了。作者以一种非常系统和结构化的方式，将复杂的数字系统分解为易于理解的组成部分。从最基础的逻辑门操作，到更复杂的寄存器、计数器和存储器结构，每一个概念都被赋予了清晰的定义和充分的解释。我尤其赞赏书中关于时序分析的章节，作者通过生动的例子，阐释了建立时间和保持时间的重要性，以及如何避免亚稳态等问题，这对于设计可靠的数字电路至关重要。此外，书中对硬件描述语言（HDL）如Verilog或VHDL的应用也有深入的探讨，这让我能够将理论知识转化为实际的仿真和综合。虽然有些部分的数学推导需要我放慢速度，仔细推敲，但这种严谨的态度正是这本书的价值所在。我感觉自己正在一步步地构建起一个扎实的数字系统知识体系。

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