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出版者:Prentice Hall

作者:M. Morris Mano

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1988-02-04

价格:USD 116.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780131629264

丛书系列:

图书标签:

• 计算机工程
• 计算机科学
• 电子工程
• 数字电路
• 计算机体系结构
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 软件工程
• 算法
• 数据结构

《数字逻辑设计与电子技术基础》：面向未来电子系统的底层构建与实现 书籍定位： 本书旨在为读者提供一套全面、深入且极具实践性的电子技术与数字系统设计基础知识体系。它并非聚焦于某一特定学科（如计算机工程）的宏观应用，而是深入探究支撑所有现代电子与计算设备的最基本原理、元器件特性、电路分析方法以及逻辑构建技术。本书的视角更为底层、更为通用，是理解任何基于电子技术的系统的基石。 第一部分：电子学与电路基础——万物的物理载体 本部分将读者从宏观的概念引导至微观的物理现实。我们将彻底剖析电子系统赖以运行的物理定律和基本元件的特性。 第一章：半导体物理与元件基础 本章将详细阐述半导体的晶体结构、能带理论以及杂质掺杂如何产生N型和P型半导体。重点介绍二极管的I-V特性曲线、PN结的形成、稳压特性（齐纳效应）及其在整流电路中的应用。接着，深入探讨双极性结型晶体管（BJT）的工作原理，包括其工作区（截止、放大、饱和）的判别，以及作为开关和电流放大器的基本配置（共射、共基、共集）。对于场效应晶体管（FET），特别是MOSFET，我们将详细分析其结构、阈值电压、跨导特性，并解释其在现代集成电路中作为开关元件的核心地位。 第二章：模拟电子电路分析与设计 本章聚焦于信号的线性放大和处理。我们将首先复习基尔霍夫定律、戴维南/诺顿等效电路在有源元件电路中的应用。随后，详细分析单级和多级放大器的基本配置（如共源、共射放大器），计算其电压增益、输入输出阻抗和带宽。引入反馈理论，解释负反馈对放大器性能（如稳定性、失真度）的改善作用，并分析电压串联、电流并联等反馈组态。此外，本书将投入篇幅讲解运算放大器（Op-Amp）的理想模型、非理想特性以及其作为精密电压跟随器、加法器、积分器和微分器的应用。最后，介绍波形发生器（如施密特触发器、弛张振荡器）和功率放大器的基本概念。 第二部分：离散数学与布尔代数——逻辑世界的构建砖石 本部分脱离连续的模拟信号，转向构建精确、离散的数字世界，这是任何计算逻辑的起点。 第三章：数制与编码系统 本章系统梳理二进制、八进制、十六进制等不同数制之间的转换方法。重点讲解二进制编码体系，包括定点和浮点数的表示方法，以及计算机如何处理负数（如原码、反码、补码）。深入探讨标准的数据编码格式，如ASCII码、BCD码，以及用于数据校验的奇偶校验码和循环冗余校验（CRC）的基础原理。 第四章：布尔代数与逻辑门电路 本章是数字系统的核心。详细阐述布尔代数的基本公理、定理（如德摩根定律、分配律）。学习如何使用真值表来定义组合逻辑函数，并掌握简化逻辑函数的工具：卡诺图（K-Map）和Quine-McCluskey方法。深入分析基本逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）的工作原理及其集成电路实现（如TTL和CMOS系列的基本特性比较）。本书将强调NAND和NOR门作为“通用门”的构建能力。 第三部分：组合逻辑电路设计与实现 本部分将基础逻辑门组合成执行特定功能的复杂逻辑块。 第五章：组合逻辑电路的构建 本章专注于系统地设计和实现执行算术和数据选择功能的电路。详细介绍半加器、全加器、多位加法器（如串行、并行加法器）的设计，以及相关的减法器实现。重点讲解数据选择器（Multiplexer, MUX）和数据分配器（Demultiplexer, DEMUX）在信号路由和逻辑函数实现中的灵活应用。此外，设计实现编码器（Encoder）和译码器（Decoder），并探讨它们在驱动显示器和控制系统中的作用。 第六章：可编程逻辑器件概述 在转向大规模集成电路之前，本章介绍可编程逻辑阵列（PLA）、可编程阵列逻辑（PAL）的基本结构和编程原理。解释如何利用这些器件快速实现和修改组合逻辑功能，为后续更高级的硬件描述语言学习奠定基础。 第四部分：时序逻辑电路——引入记忆与状态 数字系统不仅需要处理数据，还需要存储和维持状态，这是实现顺序操作和存储能力的关键。 第七章：基本存储元件与锁存器 本章介绍数字系统中的“记忆”单元。首先分析R-S锁存器的结构、操作和竞争条件。随后，详细介绍时控（Gated）锁存器、主从（Master-Slave）结构以及D锁存器的构建，强调其对输入时钟信号的敏感性。 第八章：触发器及其应用 重点讲解JK触发器和D触发器的特性、激励表和状态图。分析边沿触发（Edge-Triggered）的工作机制，这是现代同步电路的基础。讨论触发器的转换（如T触发器、D触发器的构建）以及在异步和同步系统中可能遇到的毛刺和竞争冒险问题。 第九章：时序逻辑系统设计 本章将存储元件（触发器）与组合逻辑结合，设计复杂的时序系统。详细讲解寄存器（Register）的构建及其在数据缓冲和并行处理中的作用。深入分析计数器（Counter）的设计，包括异步计数器、同步计数器、环形计数器和扭环计数器。最后，通过有限状态机（FSM）理论，包括米里（Mealy）模型和摩尔（Moore）模型，系统地指导读者如何根据状态图和状态表设计复杂的序列发生器和控制器。 总结与展望： 本书的结构是从底层物理元件（半导体）出发，逐步抽象到模拟电路的放大功能，再到构建精确的离散逻辑基础，最终实现了具有记忆和状态控制的时序系统。它提供的知识体系是电子系统、嵌入式系统、信号处理乃至计算机体系结构等领域所需基础的坚实桥梁，强调的是“电子”和“逻辑”的本质，而非特定应用领域的软件或架构细节。读者学完后，将具备独立分析、设计和实现复杂电子逻辑电路的能力。

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这本书的排版和插图设计，实在是让人感到一种过时的沉闷感。虽然内容本身毋庸置疑是专业水准，但那些黑白的流程图和略显粗糙的晶体管示意图，放在如今这个高清、彩色、动画模拟盛行的时代，显得格外单调乏味。特别是关于存储器层次结构的那一章，我感觉自己像是在阅读一本几十年前的教科书。我期望看到更现代化的图形表示，比如使用更直观的UML图来展示指令流水线的工作状态，或者用三维透视图来解释芯片的物理布局。这种视觉上的缺乏吸引力，极大地影响了初学者理解复杂概念的效率。我发现自己不得不频繁地在网上搜索替代的视觉资源来辅助理解，这无疑打断了阅读的连贯性。在讲解并行计算和多核处理器架构时，书中给出的并行模型也略显陈旧，没有充分体现出近些年GPU异构计算的崛起和其在通用计算中的重要性。内容上是扎实的，但在呈现方式上，这本书急需一次全面的现代化升级。

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这本书的封面设计真是让人眼前一亮，深邃的蓝色调配上简洁的银色字体，立刻给人一种专业而又不失深度的感觉。我拿到手的时候，首先就被它厚实的纸张和精良的装帧吸引住了，这绝对是一本值得收藏的经典教材。不过，翻开内页后，我发现它似乎更侧重于理论基础的夯实，对当下最新的硬件架构和前沿技术，比如量子计算或者最新的SoC设计流程，介绍得相对比较宏观和概念化。对于一个急切想了解最新业界动态的读者来说，可能需要配合大量的网络资料和近期的技术白皮书才能真正跟上时代的步伐。它更像是一部稳固根基的“内功心法”，而不是一本快速入门的“招式秘籍”。我在阅读关于数字逻辑和电路理论的部分时，感受到了作者深厚的学术功底，推导严谨，例题精妙，能让人对底层原理有一个非常清晰的认知。但要说它能直接指导我完成一个复杂的嵌入式项目，恐怕还欠缺一些实战指导和代码层面的深度剖析。总而言之，这是一本优秀的理论基石构建者，但对于追求“即插即用”和“最新热点”的读者，可能需要寻找更具应用导向的补充材料。

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我花了整整一个周末的时间来啃这本书的信号处理章节，坦白说，里面的数学推导和公式证明简直是“劝退”级别的难度。作者显然是抱着培养未来研究人员的目标来撰写的，每一个定理的引入都力求完备和严谨，恨不得把傅里叶变换从最基本的定义扒开揉碎了讲。这对于我这种更偏向于软件开发和系统集成的工程师来说，阅读体验稍显吃力。很多时候，我需要反复查阅微积分和线性代数的参考书才能跟上作者的思路。我特别期待书中能有更多关于“如何应用这些理论到实际的DSP（数字信号处理器）编程中”的案例分析，比如如何优化一个滤波器的代码性能，或者如何处理实际采集到的噪声数据。这本书里倒是提供了几个理论上的例子，但它们往往过于理想化，缺乏现实世界中那些恼人的非线性和随机误差。它成功地让我理解了“为什么”要这么做，但对于“如何更有效率地”去做，着墨不多。如果你是一个想在学术界深耕的年轻人，这本书无疑是宝藏，但对于想快速提升工程能力的实践者，可能会觉得有点“高高在上”。

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我对书中关于操作系统和底层软件交互的部分抱有极高的期望，因为在我看来，软硬件结合是现代工程的核心。然而，这一块的内容处理得有些保守和概括。它详细描述了中断处理和内存管理的基本机制，这些是必备知识点，无可厚非。但当涉及到现代操作系统如Linux内核的最新特性，或者虚拟化技术（如Hypervisor的工作原理），这本书的讨论深度明显不足。它停留在概念介绍的层面，缺乏对具体系统调用过程的源码级分析，也没有对上下文切换中性能开销的深入量化讨论。例如，我希望能看到关于cgroup或seccomp这类安全和资源隔离机制的介绍，这些都是目前云原生和容器化架构中至关重要的组成部分。这本书更像是构建了一个坚固的“地基”，但上层建筑——那些决定了现代系统性能和弹性的关键软件层——的描绘却显得力度不够，使得它作为一本“计算机工程”的全面指南，在软件定义硬件的今天，略显力不从心。

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购买这本书的初衷是希望能系统地了解从晶体管到系统级的完整知识链条，而这本书在物理层面的介绍确实无可挑剔，特别是关于半导体器件特性的描述，非常细致入微。然而，当我进入到系统集成和设计方法学的章节时，明显感觉到内容出现了断层。书中几乎没有涉及当前工业界广泛采用的设计流程和工具链，比如使用Verilog/VHDL进行RTL设计后的仿真、综合、布局布线等流程的工业标准实践，也没有提到常用的EDA工具（如Synopsys或Cadence的套件）是如何工作的。对于一个想要将理论知识转化为实际芯片设计的读者来说，这本书提供了一个完美的“理论模型”，但完全忽略了将理论转化为可制造产品的“工程现实”。它仿佛在一个真空的实验室环境中讲解，而没有考虑制造约束、良率、功耗预算等实际工业界必须面对的严峻挑战。因此，这本书更适合作为学术研读材料，而不是指导工程实践的项目手册。

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