Fundamentals of Logic Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Roth

出品人:

页数:736

译者:

出版时间:2009-7

价格:0

装帧:

isbn号码:9780495667766

丛书系列:

图书标签:

• 逻辑设计
• 数字逻辑
• 计算机组成原理
• 布尔代数
• 逻辑电路
• 数字系统设计
• VLSI
• 可编程逻辑器件
• FPGA
• EDA

数字逻辑设计原理与实践：电路基础与系统实现 图书简介 本书旨在为读者系统性地介绍数字逻辑设计的基础理论、方法与实践应用，内容涵盖从最基本的逻辑门电路到复杂组合与时序逻辑系统的构建过程。全书注重理论与工程实践的结合，旨在培养读者严谨的逻辑思维能力和解决实际数字系统设计问题的能力。 第一部分：数字系统基础与布尔代数 本部分是理解整个数字逻辑设计领域的基石。首先，我们将深入探讨数字信号的表示方式——二进制、八进制、十六进制等不同数制系统及其相互转换，为后续的运算奠定基础。接着，详细介绍标准逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）的逻辑功能、真值表以及集成电路（IC）实现的基本特性。 重点内容将集中在布尔代数及其化简法则。我们将系统阐述代数运算定律（如分配律、德摩根定理），并介绍如何利用这些法则对逻辑表达式进行化简，以实现更高效、成本更低的电路。在此基础上，引入最小化技术：卡诺图（Karnaugh Maps, K-Map） 的使用方法，包括两位、三位、四位甚至五位变量的化简，以及对冗余项和无关项的处理，确保设计达到最优的硬件规模。对于更复杂的系统，本书将引入Quine-McCluskey (QM) 方法，作为一种系统化的代数化简工具，适用于计算机辅助设计（CAD）的原理基础。 第二部分：组合逻辑电路的设计与分析 本部分专注于不包含存储单元的数字电路，即组合逻辑电路。组合电路的输出仅依赖于当前的输入状态，不具有记忆能力。 首先，我们将详细分析多输入组合电路的设计流程，包括编码器、译码器、数据选择器（MUX）和数据分配器（DEMUX）的结构与应用。这些是构建数据路径和控制逻辑的核心组件。随后，深入探讨加法器的设计，从半加器到全加器，再到串行加法器和超前加法器（Carry Lookahead Adder） 的原理，强调速度和复杂度的权衡。 乘法器和除法器也会被引入，从基本的移位相加原理开始，介绍硬件实现的并行结构。此外，我们将研究逻辑门电路的扇入和扇出问题，以及竞争与冒险（Hazards） 现象在组合电路中的产生原因和消除方法，确保电路在实际工作中的稳定性。 最后，我们将探讨可编程逻辑器件（PLD） 的基础概念，如可编程只读存储器（PROM）、通用阵列逻辑（GAL） 和现场可编程门阵列（FPGA） 的初步结构，为进入硬件描述语言（HDL）的学习打下基础。 第三部分：时序逻辑电路与状态机设计 时序逻辑电路引入了存储元件，使得电路能够“记忆”过去的状态，是构建复杂控制器和数据存储系统的关键。 本部分从基本存储单元开始，详细分析锁存器（Latch）（如SR锁存器）的工作原理及其对时钟信号敏感度的差异。在此基础上，重点研究触发器（Flip-Flop），特别是D触发器、JK触发器和T触发器的特性、触发方式（边沿敏感）和时序参数（建立时间 $t_{setup}$ 和保持时间 $t_{hold}$）。 接着，深入探讨基于触发器的寄存器（Register） 和移位寄存器的应用，包括串行到并行数据转换等功能。 核心内容聚焦于有限状态机（Finite State Machine, FSM） 的设计。我们将详细讲解米利（Mealy）模型和穆尔（Moore）模型的差异与适用场景。FSM的设计步骤——包括状态定义、状态转换图绘制、状态化简（消除冗余状态）和状态编码（如独热编码、格雷码编码）——将被系统化地展示。通过实例，读者将学会如何设计复杂的控制器，例如序列检测器、交通灯控制器等。 第四部分：存储器与系统互连 本部分将讨论数字系统中的数据存储结构及其组织方式。 首先，介绍随机存取存储器（RAM） 的内部结构，包括静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的基本单元电路和寻址机制。讨论存储器的容量扩展技术（位扩展与字扩展）。 其次，介绍只读存储器（ROM） 的类型（如Mask ROM, EPROM, EEPROM）及其作为查找表（Look-Up Table, LUT）在实现复杂组合逻辑中的应用。 在系统互连方面，我们将探讨不同逻辑系列的特性，如TTL（晶体管-晶体管逻辑） 和CMOS（互补金属氧化物半导体） 逻辑的电压阈值、噪声容限和功耗特性，以及它们之间的逻辑电平兼容性问题，确保不同模块间能可靠地通信。 第五部分：中等规模集成电路（MSI）与数据处理 本部分着重于利用标准化的MSI芯片构建更复杂的系统。 内容包括加法器/减法器模块的集成应用，如快速全加器（74系列芯片的应用）。深入研究算术逻辑单元（ALU） 的功能组织，展示如何通过控制输入信号实现加、减、逻辑运算等多种操作。 此外，本书将详细分析数据传输和并行处理的技术，例如在多路选择器和数据分配器构成的交叉开关网络中的应用。本部分强调如何从底层逻辑门构建出具有特定功能的标准数据处理模块，为学习微处理器体系结构打下坚实的硬件基础。 总结 本书内容全面、逻辑清晰，覆盖了从基础布尔代数到复杂状态机设计的全过程。通过大量的实例和设计练习，读者将掌握数字系统设计的核心方法论，能够独立完成小型到中等规模数字电路的设计、分析与验证工作。本书适合电子工程、计算机工程、自动化等专业的本科生及初级工程师使用。

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