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出版者:清华大学

作者:李伯成//顾新

出品人:

页数:485

译者:

出版时间:2011-3

价格:45.00元

装帧:

isbn号码:9787302244639

丛书系列:

图书标签:

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好的，这是一份关于一本名为《数字电路设计与实践》的图书的详细介绍，它不包含《计算机组成与设计》中的核心内容，而是专注于数字电子系统的底层逻辑实现和应用。 --- 图书名称：《数字电路设计与实践：从晶体管到系统级验证》 导言：构建现代电子世界的基石 在信息技术飞速发展的今天，我们日常接触的智能手机、高性能服务器乃至物联网设备，其运行的根本都依赖于底层数字逻辑的精密运作。然而，许多主流教材往往将焦点集中在指令集架构、存储器层次结构或操作系统之上，而对驱动这一切的“血液”——数字电路的设计、优化与验证——着墨不多。《数字电路设计与实践》正是为了填补这一空白而编写的。 本书旨在为读者提供一个从最基础的物理实现原理出发，逐步深入到复杂系统级验证的完整知识体系。我们不关注高级语言的编译过程或操作系统内核的调度机制，而是聚焦于如何用最可靠、最高效的方式，利用晶体管构建出我们所需要的所有逻辑功能。 第一部分：数字逻辑的物理基础与建模（The Physics and Abstraction） 本部分将读者带回电子学的物理层面，理解数字信号是如何在真实世界中被表示和操控的。 第一章：半导体器件的开关特性与CMOS基础 深入探讨MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的工作原理，这是所有现代数字集成电路的基石。我们将详细分析PMOS和NMOS的开关特性、阈值电压、漏电模型，并解释为什么CMOS（互补金属氧化物半导体）技术在功耗和稳定性上占据主导地位。内容将侧重于晶体管的开关速度、驱动能力以及其在不同偏置下的非线性行为，而非复杂的半导体物理学理论。 第二章：逻辑门级的实现与优化 基于第一章的晶体管模型，本章详细推导并分析各种基本逻辑门（如NAND, NOR, XOR）的实际电路结构。重点讨论逻辑扇入（Fan-in）和扇出（Fan-out）对电路性能的影响。更进一步，我们将介绍静态和动态功耗的计算方法，并引入低功耗设计技术，如电源门控（Power Gating）和多阈值电压设计，确保读者理解如何在物理层面进行初步的性能与功耗权衡。 第三章：组合逻辑的硬件描述语言（HDL）建模 本章将数字逻辑的设计方法从手工绘制转向抽象建模。我们采用主流的硬件描述语言（如VHDL或Verilog，本书倾向于后者进行示例）来描述组合逻辑电路。重点在于如何将布尔代数表达式、真值表准确地映射为可综合（Synthesizable）的代码结构。我们将详细解析`assign`语句与`always`块在描述组合逻辑时的异同，以及如何避免产生锁存器（Latches）等不良设计。 第二部分：时序逻辑与状态机的构建（Sequential Elements and Control） 数字系统的大多数功能需要记忆状态。本部分是理解同步电路设计的核心。 第四章：锁存器、触发器与时序约束 详细剖析D触发器、JK触发器和RS锁存器的内部结构，特别关注主从结构（Master-Slave）和透明锁存器的工作机制。随后，进入时序分析的核心：建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）的精确定义与计算。我们将使用实际的芯片设计流程视角，解释时钟偏移（Clock Skew）和时钟抖动（Jitter）对系统稳定性的致命影响。 第五章：有限状态机（FSM）的设计、编码与优化 状态机是控制逻辑的骨架。本章系统性地介绍Mealy型和Moore型状态机的设计流程，包括状态图的绘制、状态编码的选择（如独热码One-Hot、二进制编码等）及其对逻辑复杂度、速度和功耗的影响。此外，我们将深入探讨如何识别和消除设计中的竞争冒险（Hazards），确保FSM在任何输入序列下都能稳定地转移到正确状态。 第六章：同步时序系统的设计范式 本章将组合逻辑和时序逻辑结合起来，构建完整的同步系统模块。重点讨论流水线（Pipelining）技术的原理、级间寄存器的设置、以及如何通过增加寄存器级来提高系统的工作频率，同时管理由于流水线引入的结构冒险。这是将基础元件整合成高性能数据路径的关键步骤。 第三部分：中大规模数据处理单元的设计（Data Path Elements） 本部分关注数据如何在系统内高效地流动和处理。 第七章：算术逻辑单元（ALU）的快速实现 超越基础的加法器，本章探讨进位传播机制的优化。详细介绍进位产生器（Carry Lookahead Generator）的设计，以及比Ripple Carry更快的并行加法器结构。此外，还将覆盖乘法器（如Booth编码乘法器）和除法器的底层实现逻辑，分析其在不同面积和速度要求下的权衡。 第八章：存储单元与内存层次的初步认识 虽然不深入到缓存一致性协议，但本章会讲解SRAM单元的读写时序、动态随机存取存储器（DRAM）的刷新机制，以及锁相环（PLL）在产生稳定、高速时钟信号中的作用。重点在于如何设计能够高效读写寄存器堆（Register File）的结构。 第九章：数据传输与总线仲裁逻辑 在多功能模块系统中，数据如何安全、有序地传输至关重要。本章讲解如何设计多路选择器（Mux）、编码器（Encoder）和译码器（Decoder）用于数据路由。更重要的是，将介绍基于仲裁器的总线访问协议，如轮询（Polling）和链式授权（Daisy Chaining）机制，确保多个请求方能有序地共享资源。 第四部分：系统级验证与综合流程（Verification and Synthesis） 设计完成不仅仅意味着代码写完，更意味着需要证明其正确性。 第十章：综合流程与后仿真 本章详细解析从RTL（寄存器传输级）代码到门级网表（Netlist）的自动化综合过程。读者将了解综合工具如何映射高抽象度的HDL代码到具体的标准单元库（Standard Cell Library）。随后，重点讲解如何利用反标注的延迟模型（Back-Annotated Delay Models）进行后仿真（Post-Simulation），以检测在实际时序约束下的功能错误。 第十一章：功能验证方法学与测试平台构建 在系统设计中，验证占据了大部分工作量。本章将介绍基于HDL的自顶向下或自底向上的验证策略。详细讲解如何构建测试平台（Testbench），如何产生激励信号（Stimulus Generation），以及如何使用断言（Assertions，如SVA）来监控和捕获瞬时错误。着重强调覆盖率（Coverage）指标在确保验证完备性中的作用。 结语：面向ASIC/FPGA的实践展望 本书的最终目标是使读者能够独立设计、实现并验证一个中等复杂度的数字控制器或数据通路模块，并准备好将其投入到实际的FPGA实现或ASIC设计流程中。我们强调的是“如何用电子元件实现功能”，而非“如何调度软件执行功能”。 --- 本书特色总结： 深度聚焦底层： 从晶体管到逻辑门，对性能瓶颈有深刻理解。 实践驱动： 每一设计范式后都有实际的HDL代码示例和时序分析练习。 验证先行： 强调在设计初期就引入验证思维，确保设计的鲁棒性。 非架构导向： 避开处理器流水线、内存一致性、操作系统的讨论，纯粹专注于硬件逻辑的构造艺术。

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这本书给我带来的最大收获，不仅仅是知识的积累，更是思维方式的转变。在阅读过程中，我学会了如何从更宏观的角度去审视一个问题，如何将复杂的问题分解成更小的、可管理的模块，以及如何用系统化的思维去分析和解决问题。作者在书中反复强调的“设计哲学”，让我对“为什么”和“怎么样”有了更深刻的理解。我开始意识到，每一个成功的计算机系统，都是无数个巧妙的设计决策和权衡的结果。这种设计思维，不仅仅适用于计算机领域，在生活的其他方面也同样具有指导意义。我发现自己看待问题的方式发生了潜移默化的改变，变得更加理性、更加系统，也更加有条理。这本书让我明白，学习技术不仅仅是记住一些公式和概念，更重要的是培养一种解决问题的能力和一种科学的思维方式。

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这本书的适用性之广，超出了我的想象。无论你是初学者，想要对计算机有一个全面的认识，还是已经有一定基础的开发者，想要深入了解计算机的底层原理，这本书都能满足你的需求。它循序渐进，从易到难，为不同层次的读者提供了合适的学习路径。我特别喜欢书中提供的那些实践环节，虽然我还没有机会去一一尝试，但光是阅读那些示例代码和设计思路，就已经让我受益匪浅。我甚至可以想象，如果将书中的理论知识与实际操作相结合，将会获得多么巨大的提升。这本书就像是一个宝库，无论你处于学习的哪个阶段，都能从中找到你需要的“宝贝”。我甚至觉得，任何一个对科技感兴趣的人，都应该拥有这本书，因为它能帮助你更深入地理解我们所处的数字世界。

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这本书的封面设计真是引人注目，采用了深邃的蓝色背景，上面印着一些抽象的电路板纹理，还有一行醒目的白色字体，仿佛在诉说着科技的无限可能。当我拿到这本书的时候，它的纸张触感也让我感到惊喜，厚实而富有质感，翻阅时有种沙沙的悦耳声响，这让我对接下来的阅读充满了期待。我一直对计算机的世界充满好奇，但又苦于找不到一个真正能入门又足够深入的引路人，这本书的出现，仿佛是茫茫大海中的一座灯塔，为我指明了方向。我特别喜欢书的排版，字体大小适中，行距也恰到好处，即使是长时间阅读，也不会感到眼睛疲劳。章节的划分也显得非常合理，每一个小标题都概括了核心内容，让我在翻阅目录时就能对全书的脉络有一个清晰的把握。我迫不及待地想翻开它，去探索那些隐藏在代码背后的奥秘，去了解那些构建起我们数字世界的基石。这本书不仅仅是一本书，更像是一扇窗，让我得以窥探计算机的内心世界，感受它的逻辑与力量。

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这本书的语言风格确实是我接触过的众多技术书籍中最令人印象深刻的之一。作者似乎有一种魔力，能够将那些原本枯燥晦涩的概念，描绘得生动有趣，引人入胜。比如，当我还在为一些抽象的理论概念而感到迷茫时，作者总能适时地抛出一个形象的比喻，或者讲述一个充满智慧的小故事，瞬间就让我茅塞顿开。我尤其欣赏作者在解释复杂问题时所展现出的耐心和细致，他们仿佛是在手把手地引导读者，一点点地揭开迷雾，直到最终豁然开朗。读这本书，就像是在和一个经验丰富的朋友聊天，他不会用高高在上的姿态来讲述知识，而是用一种平等而友善的方式，分享他的见解和体会。这种亲切感，让我觉得学习不再是一件枯燥的任务，而是一种愉快的探索过程。我常常会在读到精彩之处时，忍不住停下来，反复品味作者的文字，感受其中的匠心独运。

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这本书的深度和广度都令我感到震惊。它并没有停留在表面，而是深入到计算机最核心的原理，一层层地剥开，直到最根本的组成部分。从最基础的逻辑门，到复杂的处理器架构，再到内存、输入输出设备等，几乎涵盖了计算机系统设计的所有关键要素。每一次翻阅，我都能发现新的理解和感悟。作者并没有回避那些极具挑战性的技术细节，而是迎难而上，用清晰的逻辑和严谨的推导，带领读者一起攻克难关。我尤其欣赏书中在阐述某个概念时，会引用大量的实例和图示，这极大地帮助了我理解那些抽象的概念。对我而言，这不仅仅是一本教材，更是一本参考书，我可以在需要的时候随时翻阅，从中汲取灵感和知识。这本书的知识密度非常高，每一次阅读都像是在进行一次知识的“考古”，挖掘出那些深埋的宝藏。

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正在用这本书的表示编的真心不咋的，知识点很分散，很麻烦

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李伯成 顾新

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李伯成 顾新

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讲的很乱 不适合作为教材