數位邏輯設計(第四版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本書從數位基本原理的介紹到日常生活的簡單設計、應用，有係統且深入淺齣的解說，讓初學者建立一完整的數位邏輯設計基礎。為瞭使讀者能快速、有效的吸收書中所闡述的內容，每每於講述原理或觀念之後，即輔以適當的應用實例加以說明。內容包括有：數目係統、布林代數、基本邏輯閘、第摩根定理、組閤邏輯的設計與應用、順序邏輯等；適閤科大及技術學院電子、電機係『數位邏輯設計』課程使用。
 

現代集成電路設計與應用基礎 本書特色： 係統深入： 全麵覆蓋從半導體物理基礎到復雜係統級集成的設計流程。 實踐導嚮： 強調理論與實踐相結閤，大量結閤當前主流EDA工具和工業實踐案例。 前沿追蹤： 深入探討低功耗設計、高性能計算架構及新興的存算一體技術。 --- 第一章：半導體器件與工藝基礎 (約200字) 本章旨在為讀者構建堅實的物理基礎，理解現代數字電路賴以生存的半導體材料特性和製造工藝。內容從晶體管的物理結構（特彆是MOSFET的工作原理，包括閾值電壓、跨導、亞閾值效應等核心參數）開始，深入分析不同製造工藝節點（如FinFET、GAAFET）對電路性能的影響。同時，詳細闡述集成電路製造中的關鍵步驟，如光刻、刻蝕、薄膜沉積和摻雜過程，使讀者理解製造限製如何反作用於設計決策。此外，本章還將引入寄生效應（電阻、電容、電感）在納米尺度下的重要性及其對高速電路性能的製約。 第二章：晶體管級電路基礎與建模 (約250字) 本章聚焦於CMOS邏輯門電路的構建模塊。我們將詳盡分析標準單元（Standard Cells）的設計原理，包括反相器、兩輸入/多輸入邏輯門（NAND, NOR）的尺寸優化，以實現速度、功耗和麵積的最佳平衡。重點內容包括：靜態和動態功耗的詳細計算模型、電荷共享效應的分析以及閾值電壓失配對電路可靠性的影響。此外，本章將引入先進的電路建模技術，如SPICE級仿真、查找錶（LUT）模型以及基於PPA（Power, Performance, Area）的抽象模型，為後續的係統級設計提供精確的器件參數輸入。邏輯單元之間的互連延遲分析，特彆是電容負載和信號上升/下降時間的關係，將作為本章的實踐重點。 第三章：組閤邏輯電路的優化與綜閤 (約300字) 本章從電路級擴展到功能級的優化。首先，詳細介紹布爾代數在電路簡化中的應用，包括卡諾圖、Quine-McCluskey方法及其在復雜邏輯函數化簡中的局限性。核心部分將深入探討邏輯綜閤（Logic Synthesis）的過程，從高層次的HDL描述到門級網錶（Netlist）的生成。內容涵蓋目標庫的選擇、時序驅動的優化算法（如門重定時、邏輯重定位）以及麵積驅動的優化策略。我們還將分析多級邏輯網絡的深度與扇齣對信號傳播的影響，並引入異步電路（如自定時邏輯）的基本概念，作為對傳統同步設計的補充。本章強調如何使用現代綜閤工具（如Synopsys Design Compiler或Cadence Genus）的約束驅動流程，實現設計規範的精確映射。 第四章：時序電路設計與分析 (約250字) 時序電路是實現存儲和狀態管理的關鍵。本章詳細闡述同步係統的核心概念——時鍾域。內容涵蓋觸發器（Flip-Flop）和鎖存器（Latch）的工作原理、建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）的嚴格定義與計算。關鍵在於對時鍾樹（Clock Tree Synthesis, CTS）的深入解析，包括時鍾偏斜（Skew）、時鍾抖動（Jitter）及其對時序裕度的侵蝕。本章將引入同步時序分析（Static Timing Analysis, STA）的完整流程，包括路徑分組、關鍵路徑識彆以及跨時鍾域（CDC）信號的同步機製（如雙端口寄存器、握手協議）。讀者的目標是理解如何在復雜的SoC設計中確保所有時序約束得到滿足。 第五章：低功耗設計技術 (約250字) 隨著移動和物聯網設備的普及，低功耗設計已成為現代IC設計的核心議題。本章係統地介紹功耗的來源（動態功耗和靜態/漏電功耗）及其量化方法。重點內容包括： 1. 電壓頻率縮放（DVFS）： 如何根據工作負載動態調整工作電壓和頻率以節省能量。 2. 時鍾門控（Clock Gating）： 識彆不活動模塊並禁用其時鍾源，有效削減動態功耗。 3. 電源門控（Power Gating）： 利用隔離單元和斷開開關（Sleep Transistors）徹底切斷空閑模塊的電源，以抑製亞閾值漏電。 4. 多電壓域設計（Multi-Voltage Domains）： 使用電平轉換器（Level Shifters）連接不同電壓的電路塊，優化整體能效。 本章將結閤實際的功耗建模和仿真工具，指導讀者在設計初期就嵌入低功耗意識。 第六章：存儲器設計與接口 (約200字) 本章關注高性能數據存儲單元的設計與集成。內容涵蓋SRAM（靜態隨機存取存儲器）的基本結構（6T/7T單元）、讀寫操作的時序和噪聲容限。與SRAM相對，DRAM（動態隨機存取存儲器）的電荷存儲原理、刷新機製及其在係統中的應用將被探討。此外，本章還將介紹現代SoC中常見的嵌入式存儲器層次結構，以及用於高速數據傳輸的接口技術，如PHY層設計中的關鍵考慮因素，為構建完整的係統級芯片奠定基礎。 第七章：係統級設計與驗證方法 (約150字) 本章將視角提升至係統層麵，關注如何將上述底層模塊整閤。內容包括基於事務級建模（TLM）的係統級架構探索，以及硬件描述語言（VHDL/Verilog/SystemVerilog）在模塊化設計中的應用。核心在於設計驗證（Verification）方法論，包括功能覆蓋率的度量、驗證平颱（Testbench）的構建，以及形式驗證（Formal Verification）在確保設計正確性方麵的作用。本章為讀者提供瞭從規範到物理實現的整體項目管理和質量控製框架。 --- 目標讀者： 電子工程、計算機工程專業的本科高年級學生及研究生；從事ASIC/SoC設計、驗證、後端實現的工程師。 所需先修知識： 具備基礎的電路理論知識和初步的數字係統概念。

CH1 基本概論
1-1 數位係統和類比係統
1-2 邏輯位準與脈波位準
1-3 數位積體電路

CH2 數目係統
2-1 十進位錶示法
2-2 二進位錶示法
2-3 八進位錶示法
2-4 十六進位錶示法
2-5 數字錶示法的互換
2-6 二進位減法
2-7 其他數字碼

CH3 布林代數與其化簡
3-1 布林代數的特質
3-2 布林代數的基本運算
3-3 布林代數的基本定理與假說
3-4 卡諾圖化簡布林代數
3-5 列錶法化簡布林代數

CH4 基本邏輯閘
4-1 反相閘
4-2 或 閘
4-3 及 閘
4-4 反或閘
4-5 反及閘
4-6 互斥或閘
4-7 反互斥或閘

CH5 第摩根定理
5-1 第摩根定理(De Morgan's Theorem)
5-2 第摩根定理的互換與應用

CH6 組閤邏輯的設計與應用
6-1 組閤邏輯電路的基本概念
6-2 組閤邏輯的設計步驟
6-3 加法器
6-4 減法器
6-5 解碼器
6-6 編碼器
6-7 多工器
6-8 解多工器
6-9 其他組閤邏輯的應用電路
6-10 唯讀記憶體(ROM)
6-11 可程式邏輯元件(PLD)

CH7 順序邏輯
7-1 整反器
7-2 計數器
7-3 移位暫存器
7-4 紅綠燈

CH8 循序邏輯設計
8-1 狀態圖與狀態錶
8-2 循序邏輯設計的步驟
8-3 莫爾機與米利機電路8-17

附錄A IC資料
附錄B 本書主要參考資料及相關書籍
附錄C 選擇題習題解答

 

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老實說，剛開始接觸數位的世界，我對很多東西都感到一知半解，甚至有點不知所措。但這本《數位邏輯設計(第四版)》就像一盞明燈，引導我一步步釐清概念。它的敘述方式非常細膩，不會像有些書那樣跳躍式地講解。作者善於從不同的角度去解釋同一個概念，讓我可以從不同麵嚮去理解，找齣最適閤自己的記憶點。尤其是在講到狀態機設計的部分，我之前一直覺得很抽象，但透過書中的詳盡分解，從狀態轉換圖到狀態錶格，再到硬體實現，整個過程都變得清晰明瞭，我甚至開始能夠自己設計一些簡單的狀態機來解決問題。

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這本書的內容廣度與深度都讓我印象深刻。它不隻涵蓋瞭傳統的數類邏輯設計，對於一些現代的數類邏輯設計技術，例如可程式化邏輯陣列(PLA)、複雜可程式邏輯裝置(CPLD)以及現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)等，都有相當詳盡的介紹。我之前對於這些進階的技術一直感到有些陌生，但透過這本書的解釋，我終於能夠對它們有更清晰的認識。書中對於這些架構的原理、優缺點以及應用場景的分析，都非常有見地，讓我對於未來的學習和研究方嚮有瞭更明確的目標。

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唸瞭這麼多年書，看過的教科書也不少，這本《數位邏輯設計(第四版)》絕對是我讀過最紮實、最有係統的一本。一開始拿到這本書，覺得它厚實的份量就讓人有點望之卻步，但隨著翻閱和學習，我纔發現裡麵蘊含的知識是如此豐富且紮實。作者的講解非常清晰，從最基礎的邏輯閘、布林代數開始，循序漸進地深入到組閤邏輯、序嚮邏輯，甚至是更複雜的狀態機設計和可程式化邏輯器件。書中大量的圖例和範例，讓抽象的邏輯概念變得生動易懂，我常常可以跟著書中的步驟一步步自己推導，這個過程非常有成就感。

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這本《數位邏輯設計(第四版)》真的是一本能讓你「練到功」的書。我最欣賞它的地方在於，它不隻是單純的理論堆砌，而是非常注重實務上的應用。書中提到的各種設計方法、驗證技巧，都相當貼近實際工程上的考量。從一開始的真值錶、卡諾圖化簡，到後來更複雜的時序分析、關鍵路徑的概念，作者都花瞭大量的篇幅去解釋如何將這些理論應用到實際的電路設計中，並且提供瞭許多實際案例來佐證。這種理論與實務並行的教學方式，對於像我這種想把學到的東西真正用在專案上的學生來說，實在是太重要瞭。

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對於想要深入瞭解數位電路精髓的讀者來說，《數位邏輯設計(第四版)》絕對是不能錯過的經典。我特別喜歡它在介紹各種設計工具和驗證方法時的細節。書中不僅說明瞭這些工具的功能，更深入闡述瞭它們在設計流程中扮演的角色，以及如何利用它們來提升設計效率和可靠性。舉例來說，在講到硬體描述語言（HDL）的部分，書中提供瞭非常實用的範例，讓我能快速上手，並理解如何用程式碼來描述和模擬數位電路。這種與時俱進的內容，讓這本書的價值大大提升。