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出版者:

作者:Frisco, Pierluigi

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:2009-7

价格:$ 124.30

装帧:

isbn号码:9780199542864

丛书系列:

图书标签:

• 细胞计算
• 生物计算
• 合成生物学
• 计算生物学
• 生物工程
• 纳米技术
• 自组装
• 复杂系统
• 生物信息学
• 交叉学科

电子设计与信号处理的基石：深入理解模拟与数字电路的交汇点 书籍名称：晶体管与集成电路：现代电子系统的核心驱动力 内容简介： 本书旨在为电子工程、计算机科学及相关领域的学生和专业人士提供一个全面、深入且实用的指南，专注于现代电子系统的核心——晶体管的工作原理、模拟电路设计的基础，以及数字逻辑的构建。我们摒弃了过于抽象的理论堆砌，转而采用一种以实际应用为导向的叙事方式，将复杂的电子现象分解为易于理解的模块，引导读者逐步建立起对电子系统行为的直观认知。 第一部分：半导体物理的微观世界与晶体管的诞生 本部分聚焦于构成所有现代电子器件的物质基础——半导体材料。我们从晶体管的诞生背景和历史演进开始，详细阐述了P型和N型半导体的形成机制、载流子（空穴和电子）的输运特性。 1. 基础物理与器件结构： 深入剖析PN结的形成、内建电场以及其在二极管（如肖特基二极管和齐纳二极管）中的应用。随后，我们将重点转向双极性结型晶体管（BJT）。BJT的三个工作区（截止、放大、饱和）的物理过程被细致地描绘，并讲解了其在共射、共基、共集电路中的电流控制和电压放大特性。 2. 场效应晶体管（FET）的统治地位： 随后，本书将大量的篇幅投入到金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）——现代集成电路的绝对主力。我们将详细解析MOSFET的结构，从阈值电压的确定到沟道电流的导通过程，直至其在亚阈值和强反型区的行为模型。对于功率电子应用，低导通电阻（$R_{DS(on)}$）的设计理念和热效应管理也将被纳入讨论。 第二部分：模拟电子学：连续信号的精确处理 模拟电路是连接物理世界与数字世界的桥梁，本书的第二部分致力于揭示如何设计出高精度、低噪声的模拟系统。 3. 晶体管作为放大器： 我们从单级放大器开始，详细分析了不同偏置点的选择对电路性能（如增益、输入阻抗、输出阻抗）的影响。内容涵盖了小信号模型（$g_m, r_{pi}, r_o$）的推导与应用，以及如何使用混合 $pi$ 模型分析多级放大器的频率响应。 4. 负反馈与稳定性： 负反馈理论是模拟设计中提升稳定性和线性度的核心。本书通过波德图（Bode Plot）和相位裕度（Phase Margin）的概念，系统地教授读者如何分析放大器的频率补偿技术，如密勒补偿（Miller Compensation），以确保电路在获得高增益的同时保持稳定。 5. 经典模拟模块设计： 重点讲解了运算放大器（Op-Amp）的内部结构，从输入级（差分对设计）到输出级。随后，我们将应用这些知识设计和分析关键的模拟功能模块，包括有源滤波器（如Sallen-Key结构）、精密整流电路、电压跟随器、以及电压基准源的设计。 6. 信号转换技术： 模拟电路的另一重要职能是与数字世界的接口。本章详细介绍了数据转换器。对于模数转换器（ADC），内容将深入探讨逐次逼近（SAR）、流水线（Pipeline）和Sigma-Delta ($SigmaDelta$) 架构的原理、量化噪声的分析及其在不同精度要求下的适用性。对于数模转换器（DAC），则重点剖析了电阻梯形（R-2R Ladder）和电流舵（Current Steering）架构的优缺点。 第三部分：数字电子学：逻辑与计算的基石 第三部分将视角转向离散信号的世界，构建起所有数字系统的逻辑基础。 7. 逻辑门与布尔代数： 从最基本的逻辑操作（AND, OR, NOT）开始，系统回顾了布尔代数的基本定理及其在电路中的实现。重点分析了CMOS逻辑门家族的结构、静态和动态功耗特性，以及其在高速应用中的性能瓶颈。 8. 组合逻辑电路设计： 逻辑函数的最小化是数字设计的关键步骤。本书将详细介绍卡诺图（Karnaugh Map）和Quine-McCluskey算法的应用。随后，我们将基于标准逻辑门和可编程逻辑器件（PLD）构建复杂的组合电路，如全加器、多路选择器、译码器和优先编码器。 9. 时序逻辑电路与状态机： 数字系统的“记忆”功能由时序电路实现。本章深入讲解了锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop，包括D、JK、T型）的工作机制，特别是时钟沿的敏感性。随后，我们将使用状态图和状态表的方法，系统地设计和分析同步有限状态机（FSM），例如计数器和移位寄存器，并讨论其在系统控制流中的作用。 10. 存储器与半导体存储技术： 讨论了SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）的单元结构、读写操作的时序要求以及刷新机制。此外，非易失性存储器（如Flash Memory）的工作原理和写入/擦除过程也将被涵盖。 第四部分：系统集成与现代挑战 最后一部分将前三部分的知识融会贯通，讨论在现代微电子系统中必须面对的实际挑战。 11. 互连与时序分析： 随着集成度提高，信号完整性成为主要问题。本章探讨了导线寄生电容和电感对信号边沿速率的影响，并引入了同步设计的基本概念，如建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的裕度分析，以及时钟偏移（Clock Skew）对时序违规的贡献。 12. 低功耗设计策略： 针对便携式和嵌入式系统对能效的严苛要求，我们将探讨电路层面的低功耗技术，包括动态电压和频率调节（DVFS）、多阈值电压设计，以及在CMOS电路中实现亚阈值偏置的技术。 13. 噪声与干扰： 介绍电路中常见的噪声源（热噪声、散粒噪声），并重点讨论串扰（Crosstalk）在高速数字和高精度模拟电路设计中是如何发生的，以及如何通过版图设计（Layout）和屏蔽技术来最小化这些干扰。 本书的每一个章节都配有大量的实例分析和电路仿真结果（基于行业标准工具），旨在培养读者将理论知识转化为可靠、高性能电子系统设计的能力。通过对晶体管这一基本单元的深刻理解，读者将能自信地驾驭从基础放大器到复杂处理器系统的所有电子设计任务。

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收到《Computing with Cells》这本书，首先映入眼帘的是它那种独特的、不落俗套的书名。我第一反应是，这肯定不是一本枯燥的教科书，而是会以一种全新的视角来解读计算。我对“细胞”这个词本身就充满了好奇，它代表着生命的最基本单元，充满了活力和无限的可能性。而将“计算”与“细胞”联系起来，这种跨界的感觉非常强烈。我非常想知道，作者究竟是如何将“细胞”这个生物学的概念，与“计算”这个信息科学的范畴进行融合的。我猜想，书中可能会有很多关于生物启发的计算方法，或者是关于如何利用生物系统进行信息处理的讨论。我期望书中能够用清晰的语言，配以精美的插图，来阐述一些复杂的技术概念，比如细胞自动化、生物逻辑门，甚至是分子计算等。我希望通过阅读这本书，能够拓宽我对于“计算”的理解，不再局限于传统的计算机科学，而是能够拥抱一个更广阔、更具生命力的计算世界。

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《Computing with Cells》这本书的内容，虽然我还没有深入阅读，但从书名就足以激发起我强烈的求知欲。我一直觉得，当我们谈论“计算”时，我们往往会立刻联想到硅基的处理器和二进制的代码，这种思维模式已经根深蒂固。但是，如果能跳出这个框架，从生物系统的视角去审视计算，那将是多么令人兴奋的一件事！我设想，书中可能会探讨的是，生命本身是否就是一种极其复杂的计算过程？细胞如何通过基因表达、信号传递和分子交互来实现某种程度的“信息处理”？这种“细胞计算”是否能够为我们设计全新的计算架构提供灵感？我希望书中能够不仅仅停留在理论层面，而是能有一些实际应用的展望，比如如何利用生物细胞构建生物计算机，或者如何从生物系统中学到更高效、更鲁棒的计算策略。这本书给我的感觉，不仅仅是一本科技书籍，更像是一扇通往全新认知领域的窗户，让我看到科技与生命之间更深层次的联系，以及未来发展的无限潜力，这让我感到非常期待。

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当我在书架上看到《Computing with Cells》这本书时，我的第一感觉是，这书名本身就充满了科学的魅力和无限的遐想空间。我一直对生物学与计算机科学的交叉领域充满浓厚的兴趣，而这个书名恰恰点明了这种交叉。我迫切地想知道，作者是如何将“计算”这个我们熟悉的抽象概念，与“细胞”这个生命最基本、最微观的实体联系起来的。我猜测，书中可能不仅仅是简单地介绍生物计算机的概念，而是会更深入地探讨细胞内部的运作机制，以及这些机制如何可以被理解为一种“计算”过程。我希望能够看到书中对细胞自动机、基因网络、甚至蛋白质相互作用等生物现象，进行数学建模和计算分析的精彩阐述。这本书给我的感觉，就像是打开了一扇通往微观世界计算奥秘的大门，让我对生命本身所蕴含的强大计算能力充满了敬畏和好奇，迫不及待想要一探究竟。

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哇，收到这本《Computing with Cells》真是太惊喜了！书的装帧设计就很有质感，封面上那线条交错的细胞图案，在柔和的灯光下透着一股神秘又科学的气息，让人忍不住想要立刻翻开。我一直对生物计算和细胞自动化领域有点好奇，但又怕那些过于专业的理论会让我望而却步。这本书的标题就很有吸引力，听起来像是把复杂的计算概念用一种更直观、更“活”的方式来呈现，就像细胞本身一样，有自己的逻辑和运作方式。我迫不及待想看到书中是如何把这些看似遥不可及的概念，转化成易于理解的图示和生动的例子。我猜想，作者可能从最基础的细胞结构讲起，然后逐步深入到它们如何执行计算任务，甚至可能涉及到一些模拟生命过程的算法。我非常期待书中能有很多精彩的比喻，帮助我理解那些抽象的数学模型和计算原理，毕竟，用细胞这个“活”的单元来思考计算，本身就充满了无限的可能性。这本书的封面设计就足以让我产生丰富的联想，我相信内容也一定会同样引人入胜。

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《Computing with Cells》这本书的标题，瞬间就抓住了我的注意力，让我觉得这一定是一本充满想象力和前瞻性的作品。我一直对那些能够打破学科界限，将不同领域的知识巧妙结合的著作深感着迷。而“计算”和“细胞”的组合，在我看来，就是这样一种充满魔力的结合。我很好奇，作者会如何描绘细胞在计算过程中的角色？是作为信息载体，还是作为计算单元？我期待书中能够提供一些引人入胜的案例，展示生物系统是如何在微观层面完成复杂的“计算”任务的。例如，细胞如何通过精确的信号传导来响应环境变化，或者基因调控网络如何实现复杂的逻辑功能。我希望能在这本书中看到一些关于生物启发式算法的介绍，以及这些算法在解决现实世界问题中的应用潜力。这本书给我的感觉，就像是打开了一个充满未知和惊喜的宝箱，让我对未来的科技发展充满了期待和好奇。

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