VHDL 數位電路設計實務教本：從硬體電路到軟硬體整閤設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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• Verilog
• 數字邏輯
• 可編程邏輯
• 教學教材

　　本書完全站在初入門者的立場來撰寫教材，採用最簡明的方式來闡述最實用的語法敘述及設計方法。詳細介紹Altera Quartus II 9.0sp2 IDE 等軟體之開發環境，並搭配Altera DE2-70 實驗闆作為FPGA設計的驗證平颱。書籍內容包含圖係編輯設計、硬體描述語言及SOPC設計，讓讀者能夠對於FPGA係統軟硬整閤設計有完整的認識。

好的，這是一份關於另一本假設的、與您提供的書名完全不同的圖書的詳細簡介，旨在不提及“VHDL數位電路設計實務教本：從硬體電路到軟硬體整閤設計”任何內容的情況下，力求信息詳實、具有專業深度，並避免明顯的模闆化語言。 --- 圖書名稱： 《現代光電通訊係統：原理、元件與前沿技術》 作者： 丁慧玲 教授，張明遠 博士 齣版信息： 電子工業齣版社，第一版（2024年1月） 頁數： 890頁 定價： 人民幣 188.00 元 --- 內容提要：深耕光電信息傳輸的理論基石與工程實踐 《現代光電通訊係統：原理、元件與前沿技術》是一部麵嚮光電子技術、通信工程、信息物理係統以及相關交叉學科高年級本科生、研究生及一綫工程技術人員的深度專業教材與參考手冊。本書的核心目標是構建一個從基礎物理原理到復雜係統集成的完整知識框架，全麵覆蓋當前光電信息傳輸領域的核心技術棧、關鍵元件特性以及未來發展趨勢。 全書結構嚴謹，邏輯清晰，共分為四個主要部分，共計二十二章，旨在確保讀者不僅掌握理論推導，更能理解工程實現中的約束與優化策略。 第一部分：光電轉換的物理基礎與理論模型 (Chapters 1-6) 本部分奠定瞭整個光電通訊係統的物理學和數學基礎。內容側重於理解光子與電子在半導體材料中的相互作用機製，這是所有光電器件工作的基礎。 第一章：半導體光電子學基礎迴顧 深入探討瞭半導體能帶結構、載流子輸運理論，重點闡述瞭費米黃金定律在光吸收和光發射過程中的應用。引入瞭量子效率的概念及其影響因素的精密分析。 第二章：光波導理論與模式分析 詳細解析瞭光在介質波導中的傳播特性，包括平麵波導和圓波導。重點對比瞭單模光縴（SMF）與多模光縴（MMF）的特性差異，並引入瞭有效摺射率法和束縛模式、泄漏模式的嚴格求解方法。 第三章：光縴中信號傳輸的非綫性效應 本章是理解高速長距離傳輸瓶頸的關鍵。係統性地介紹瞭自相位調製（SPM）、交叉相位調製（XPM）和四波混頻（FWM）的數學模型及其對信號完整性的影響。同時，詳細討論瞭孤子傳輸的可行性與工程化挑戰。 第四章：光縴損耗、色散與偏振態管理 從瑞利散射、材料吸收和彎麯損耗等角度量化瞭光縴的固有局限性。對瑞利散射和材料吸收的頻率依賴性進行瞭詳盡的數學描述。偏振模色散（PMD）的統計學建模及其在高速係統中的補償策略被作為重點內容展開討論。 第五章：調製技術與基帶等效模型 將光通信係統映射到傳統的基帶通信理論框架。詳細分析瞭幅度、相位和頻率調製在光域的實現方式，並引入瞭MIMO（多輸入多輸齣）在光領域應用的早期概念。 第六章：光電子器件的半經驗模型 關注激光器和光電探測器的基本工作原理，但重點在於如何建立可用於係統仿真的器件等效電路模型，例如激光器的動態響應模型和雪崩光電二極管（APD）的噪聲模型。 第二部分：核心光電器件的設計與製造 (Chapters 7-11) 本部分聚焦於構成光電係統的關鍵硬件——主動與被動元件。內容深入到半導體異質結的工藝控製與器件性能優化。 第七章：半導體激光器的精密構造與調控 詳述瞭DFB（分布式反饋）激光器和VCSEL（垂直腔麵發射激光器）的結構差異、腔體設計原理。重點分析瞭閾值電流的溫度依賴性、綫寬的傅裏葉變換極限，以及如何通過注入鎖定技術實現高頻調製。 第八章：光電探測器的性能優化 對比瞭PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）的結構、響應速度和噪聲特性。深入探討瞭光電探測器的量子效率上限的物理製約，以及如何通過優化結區設計來提高信噪比（SNR）。 第九章：光調製器原理與高速驅動電路 詳細解析瞭電吸收調製器（EAM）和馬赫-曾德爾調製器（MZM）的電光轉換機製。本章包含瞭對調製器帶寬、Vπ電壓優化以及與其配套的高速電子驅動電路（如TIA和Laser Driver）的匹配設計要求。 第十章：無源光器件與集成化技術 涵蓋光分路器（Splitter）、耦閤器（Coupler）和波分復用器（WDM Mux/Demux）的設計規範。引入瞭平麵光波導（Planar Lightwave Circuit, PLC）技術，探討瞭如何通過光刻技術實現高集成度的無源網絡。 第十一章：光電集成（PIC）的挑戰與機遇 係統性地介紹瞭III-V族和矽基光子學（Silicon Photonics）的集成平颱技術。重點比較瞭InP和SOI平颱的優勢互補性，以及實現異質集成（Heterogeneous Integration）所麵臨的對準精度和熱管理難題。 第三部分：係統架構與傳輸網絡 (Chapters 12-17) 本部分將前兩部分的元件知識整閤，構建完整的通信係統，並探討瞭當前主流的傳輸網絡拓撲結構。 第十二章：光信噪比（OSNR）的係統計算與裕度設計 確立瞭OSNR作為衡量光係統性能的黃金標準。教授如何基於鏈路預算、器件噪聲（激光器相對強度噪聲RIN、探測器熱噪聲）和非綫性損傷，精確計算齣係統允許的最大傳輸距離和容量。 第十三章：WDM係統與信道管理 詳述瞭密集波分復用（DWDM）係統的原理，包括光放大器的類型（EDFA、Raman Amplifier）及其增益平坦化技術。重點分析瞭信道間隔選擇、光濾波技術和串擾（Crosstalk）的抑製。 第十四章：光縴非綫性補償技術 針對第三部分中討論的非綫性效應，本章詳細介紹瞭相乾檢測技術如何通過數字信號處理（DSP）實現對高階色散和非綫性損傷的有效補償，特彆是基於逆散射/逆傳播方法（FWM/NLSE求解）。 第十五章：相乾光通信係統原理 這是現代超高速係統的核心。深入解釋瞭本地振蕩器（LO）的選擇、電光混閤域的信號處理流程，以及如何利用接收端數字信號處理實現對偏振、相位和頻率的恢復。 第十六章：光網絡拓撲與交換技術 超越點對點傳輸，本章探討瞭光環網、光網格網絡（Mesh Networks）的架構。引入瞭光交叉連接（OXC）和基於波長的路由選擇機製。 第十七章：光電混閤網絡中的電層協同 探討瞭光層（傳輸）與電層（交換、路由）的接口設計。分析瞭O-E-O（光-電-光）轉換的延遲與成本，以及如何通過“光路/電道共存”策略優化資源利用率。 第四部分：前沿技術與未來展望 (Chapters 18-22) 本部分著眼於下一代光通信所麵臨的挑戰，包括容量極限、能效問題以及新興技術方嚮。 第十八章：超高階調製格式與頻譜效率 深入研究瞭16QAM、64QAM等高階調製格式在光通信中的應用。分析瞭實現這些格式所需的高精度DAC/ADC技術以及對硬件綫性的嚴苛要求。 第十九章：空分復用（SDM）技術綜述 作為突破容量極限的新途徑，本章詳細介紹瞭多芯光縴（MCF）、少模光縴（Few-Mode Fiber, FMF）的結構與耦閤特性。重點分析瞭SDM係統中的模式耦閤抑製與模式分離技術。 第二十章：低功耗與綠色光通信 討論瞭光電係統的能效問題，特彆是數據中心內部光互連的能耗瓶頸。探討瞭基於VCSEL的低功耗陣列技術和新型非綫性光器件在降低傳輸能耗方麵的潛力。 第二十一章：量子密鑰分發（QKD）的光學實現 作為信息安全領域的前沿，簡要介紹瞭基於BB84和E91協議的QKD係統的光路設計，以及其在現有經典光網絡中集成的可行性。 第二十二章：未來光通信的挑戰與展望 總結瞭下一代太比特/秒級係統的核心技術瓶頸，包括超低噪聲光放大、全光信號處理（All-Optical Processing）的可能性，以及人工智能在光網絡動態資源調度中的應用前景。 本書特色 1. 理論深度與工程實用性的完美結閤： 每章的推導均輔以實際的工程案例或仿真結果（例如，使用OptiSystem或VSS軟件的模擬數據作為示例），確保讀者能夠將理論轉化為可操作的設計參數。 2. 高度集成化： 將光縴光學、半導體物理、高速電子學和數字信號處理（DSP）的知識體係在一個框架內進行有機整閤，反映瞭現代光通信係統的跨學科本質。 3. 麵嚮前沿： 對空分復用、矽光子學和相乾檢測等當前學術界和工業界最關注的熱點話題給予瞭深入的剖析。 4. 詳盡的數學工具： 書中提供瞭大量傅裏葉變換、數值求解（如有限差分法）在光縴非綫性效應分析中的應用實例，便於讀者進行復雜的係統建模。 本書是構建完整光電通訊知識體係的理想讀物，適用於期望掌握從光子源頭到網絡層麵的全麵工程能力的專業人士。

序言

第一章　FPGA/CPLD發展環境簡介
1-1   簡介 1-2
1-2   Quartus II的下載和安裝
1-2-1　Quartus II 9.0 sp2版軟體下載
1-2-2　安裝Quartus II軟體
1-2-3　安裝Nios II軟體
1-3   Altera DE2-70實驗闆簡介
1-3-1　DE2-70實驗闆的使用       
1-3-2　安裝USB-Byteblaser驅動程式軟體

第二章　區塊／圖形編輯設計
2-1   區塊／圖形編輯設計快速入門      
2-1-1　區塊／圖形編輯的電路輸入      
2-1-2　檔案的編譯
2-1-3　電路的功能模擬
2-1-4　建立電路符號檔和轉檔
2-1-5　晶片腳位指定
2-1-6　程式下載與測試
2-2   組閤邏輯電路
2-2-1　解碼器
2-2-2　多工器
2-2-3　解多工器
2-2-4　編碼器
2-3   算術邏輯電路設計
2-3-1　半加法器
2-3-2　全加法器
2-3-3　減法器
2-3-4　乘法器
2-4   序嚮邏輯與正反器
2-4-1　閂
2-4-2　邊緣觸發正反器
2-5   暫存器
2-5-1　緩衝暫存器
2-5-2　移位暫存器
2-6   計數器
2-6-1　非同步計數器
2-6-2　同步計數器
2-7   使用參數性元件
2-7-1　OR閘設計
2-7-2　多工器設計
2-7-3　乘法器設計
2-7-4　計數器設計

第三章　VHDL語言的基本概念
3-1   VHDL是什麼
3-2   VHDL的基本架構
3-3   簡單邏輯處理範例
3-3-1　一個簡單的反相閘範例
3-3-2　其他邏輯電路描述

第四章　邏輯處理與組閤邏輯電路
4-1   以直接設定敘述進行真值錶的設計       
4-2   直接設定敘述應用在解碼器及多工器的設計
4-2-1　解碼器（Decoder）
4-2-2　四對一多工器

第五章　資料型彆與資料物件的宣告
5-1   資料的型彆
5-1-1　邏輯訊號
5-1-2　數值訊號
5-2   資料物件
5-2-1　常數（Constants）
5-2-2　訊號（Signals）
5-2-3　變數（Variables）
5-2-4　彆名（Aliases）
5-3   運算子
5-3-1　邏輯運算子
5-3-2　關係運算子
5-3-3　算術運算子
5-3-4　數值運算子

第六章　並行敘述
6-1   條件式訊號設定敘述：When-Else
6-1-1　以When-Else來實現真值錶電路       
6-1-2　解碼器及多工器的設計
6-1-3　其他應用實例
6-2   選擇性訊號設定敘述：With-Select-when      
6-2-1　以With-Select-when來實現真值錶電路
6-2-2　解碼器及編碼器的設計
6-2-3　其他應用實例整理

第七章　序嚮邏輯與正反器設計
7-1   Process敘述和If_then_else
7-2   Wait敘述與標準正反器設計
7-2-1　Wait敘述
7-2-2　具有設定（Set）與重置（Reset）功能的正反器設計
7-2-3　能夠作同步脈波控製功能的標準正反器設計
7-2-4　T型正反器與除頻電路設計

第八章　計數器設計與計時處理
8-1   計數器設計
8-1-1　上數計數器
8-1-2　下數計數器
8-1-3　上下數計數器
8-2   計時處理
8-2-1　上數除頻電路
8-2-2　下數除頻電路
8-2-3　實用除頻器設計

第九章　程序處理與狀態機電路設計
9-1   Case-when指令
9-2   狀態機（State Machine）電路設計
9-2-1　狀態機簡介
9-2-2　Moore狀態機
9-2-3　Mealy狀態機
9-3   LOOP敘述
9-4   NEXT、EXIT、NULL敘述

第十章　階層式設計
10-1 方塊（Block）敘述
10-2 Component與Port Map
10-3 Generic的使用       
10-4 For-Generate敘述
10-5 Configuration特性選擇

第十一章　套件、函式與程序
11-1 套件（Packages）
11-2 函式（Functions）
11-2-1　函式（Functions）的宣告與使用
11-2-2　型彆轉換（Type Conversion）函式
11-3 程序（Procedures）

第十二章　VHDL應用電路設計
12-1 解碼器與除頻器設計
12-1-1　七段顯示器解碼電路
12-1-2　除頻電路的設計
12-1-3　頻率産生器與彈跳消除電路的應用設計
12-2 VGA螢幕顯示原理與控製實習
12-2-1　VGA螢幕基本原理與同步信號産生
12-2-2　VGA螢幕解析度的轉換
12-3 LCD模組控製實習

第十三章　SOPC係統設計
13-1 SOPC發展環境
13-1-1　使用SOPC Builder建立Nios II係統
13-1-2　將建立的Nios II係統整閤至Quartus II專案中      
13-1-3　使用Nios II IDE執行程式       
13-2 使用SDRAM的設計範例
13-2-1　使用SOPC Builder建立Nios II係統
13-2-2　將建立的Nios II係統整閤至Quartus II專案中      
13-2-3　使用Nios II IDE執行程式
13-3 七段顯示器與LCD模組的使用
13-3-1　七段顯示器基本原理       
13-3-2　使用DE2實驗闆參考設計建立解碼器元件
13-3-3　LCD顯示控製

序

　　傳統的電路設計工作是一項需要纍積豐富經驗以及長期努力的專業性工作，除瞭電子科係科班齣身的從業人員之外，其他工程背景的人士想要跨入這個領域都會麵臨到很大的障礙和挑戰。但是二十年來這個情況已經産生很大的變化，其原因在於可程式邏輯元件的使用越來越普遍，各種電腦輔助設計軟體紛紛推齣，數位電路設計的電性考量或半導體特性幾乎已被封藏在電子設計自動化技術的程序中，因此工程師可以直接針對電路的功能性而非實體進行設計。在這樣的環境下，硬體描述語言的使用更大規模的推動瞭電子設計自動化技術的應用和發展。

　　由於産品功能復雜度和單一晶片所包含的邏輯閘數目大幅增加，而産品上市的時間卻需要比以前更短，因此採用硬體描述語言來設計電路就成為唯一的選擇；VHDL就是近年來廣受採用的硬體描述語言之一。硬體描述語言使得數位電路設計接近於軟體演算法的實現，讓電路設計流程加快同時更具彈性，此外也把傳統的邏輯設計導嚮瞭係統層級和高階電路閤成的方嚮。這種發展趨勢不但加快瞭硬體開發的速度，使得産業界電子相關商品研發週期大幅縮短，企業所需投入風險也隨之降低，而人類可貴的智慧産能也因此較以往更能夠專注於更高階層次的規格定義以及決策工作上。

　　這本書是為每一位有誌於進入數位電路設計領域的人士而寫的，它的目標在於引導每一位學習者都能夠快速地跨越VHDL設計的學習門檻，因此書中我們盡可能以最簡明的方式來闡述實用的語法敘述，而且在每一個章節和主題後麵都搭配瞭一些能夠清楚錶現語法精神的範例程式，讓讀者可以經由程式的解讀來掌握基本指令的用法和使用時機。因此，任何一位稍具邏輯設計概念背景的學習者在閱讀完本書並親自加以測試後，應該可以很輕易的抓住VHDL程式設計的原則與要領，並逐漸發展齣其在實際應用係統上的復雜性和整閤設計能力。

　　雖然硬體描述語言可以讓我們以演算法和程式設計的模式來進行電路設計，但仍然需要瞭解硬體設計和軟體設計的本質差異；軟體設計是基於單一CPU的循序執行架構下進行的，但是電路的運作原理卻具有不同於程式執行的並行處理特性，因此硬體設計並不侷限於這種循序執行的架構。若我們一味地按照軟體設計的概念和流程來設計VHDL程式，那麼即使設計齣來的電路能夠正常運作，其性能勢必受到很大的限製。所以我們建議一般的讀者在學習VHDL語言之前，最好還是事先預備一些數位邏輯的硬體概念。在本書第二章的內容中，我們用瞭一些篇幅來介紹區塊／圖形編輯的輸入設計和Altera Quartus II 9.0sp2版軟體的操作環境，並連帶有係統的將邏輯設計課程作瞭一個相當程度的整理，這些內容對於對硬體概念較缺乏或基礎理論不熟的讀者仍然具有相當的參考價值，因為當我們在進行一些抽象的演算法描述時，電路圖可以提供從高階程式語言對映到實體電路的具體映像。

　　在本次改版中，我們選擇以Altera DE2-70實驗闆作為FPGA驗證平颱，並第十三章增加瞭SOPC設計的教材，介紹如何在FPGA係統中加入32位元的軟核嵌入式處理器以及學習設計簡單的C語言程式來控製周邊元件，這些單元將會讓我們對於FPGA係統整閤設計有更完整的理解與認識。此外，書中所附之光碟中附有Altera Quartus II 9.0sp2與Nios II 9.0sp2 IDE等軟體以及本書中所有提到的程式原始檔案，每一個程式範例或電路檔案都是經過實際驗證後確定可以執行的，相信這些內容可以作為每一位學習者在學習過程中很好的參考。

评分☆☆☆☆☆

說實話，一開始我有點擔心這本書的內容會不會太偏重理論，畢竟我在學校裏學VHDL的時候，常常覺得那些抽象的概念很難跟實際應用連結起來。但這本書真的讓我改觀瞭！它在講解VHDL語法的時候，非常注重「實用性」，而且緊密地結閤瞭實際的數位電路設計流程。我特彆欣賞作者在闡述每一個VHDL指令時，都會解釋它在硬體上對應的實現方式，例如，當介紹到`process`語句時，它會詳細說明這在硬體上是如何轉化為時序邏輯或組閤邏輯的，甚至還提到瞭不同的觸發器類型。這種深入剖析的講解，讓我不再是死記硬背語法，而是真正理解瞭VHDL代碼的背後，隱藏著的是什麼樣的硬體結構。更重要的是，這本書也提到瞭很多關於設計流程和工具的使用，像是仿真、綜閤等，這些都是在真實的設計環境中不可或缺的環節。雖然我目前還在初步學習階段，但已經能感受到這本書為我未來在數位邏輯設計領域的深入發展打下瞭堅實的基礎。它讓我明白，VHDL不僅僅是一種編程語言，更是一種描述硬體行為的強大工具。

评分☆☆☆☆☆

以我一個在業界打滾瞭幾年，偶爾需要接觸數位設計的人來說，市麵上很多VHDL的書籍都可能停留在非常基礎的語法層麵，要找到一本能夠真正觸及「實務」並涵蓋「整閤設計」的書真的不容易。這本書就填補瞭我的這個需求。它不隻是停留在VHDL的描述，更強調的是如何將這些描述轉化為實際可用的硬體，並進一步地將其整閤到整個係統當中。我特彆喜歡書中關於狀態機設計的章節，它不僅提供瞭多種實現狀態機的VHDL寫法，更重要的是，還深入地討論瞭不同寫法在硬體實現上的優劣，以及如何選擇最適閤特定應用的狀態機結構。這種深度探討，讓我對狀態機有瞭更透徹的理解。此外，書中的章節安排也很有邏輯性，先從基礎打起，再逐步引入更復雜的概念，最後落腳到實際的係統整閤，整個學習路徑非常順暢。即使是我這種已經有一些基礎的人，也能從中獲得很多啓發，發現自己過去可能沒有注意到的盲點。這本書絕對是我未來在數位電路設計過程中，會經常翻閱的一本得力助手。

评分☆☆☆☆☆

這本書的內容安排相當的紮實，可以看得齣來作者花瞭很多心思來梳理知識點。它從最基礎的VHDL語法開始，一步步地深入到更復雜的數位邏輯模塊設計，特彆是對於一些比較進階的議題，比如如何實現可重用的IP核，以及如何進行高效能的設計，都有很詳細的介紹和實作範例。我個人覺得最有價值的部分是它關於「軟硬體整閤設計」的章節，這部分的內容是很多初學者常常會忽略的，但卻是現代數位係統設計中至關重要的一環。作者通過幾個實際的案例，展示瞭如何將VHDL設計的硬體模塊與微處理器或FPGA等平颱進行整閤，並說明瞭在這個過程中會遇到的挑戰以及解決方法。這讓我對整個係統的架構和運作有瞭更清晰的認識，不再隻是孤立地看待硬體模塊的設計。另外，書中還提供瞭許多優秀的實踐建議，例如如何撰寫易於維護和理解的VHDL代碼，如何有效地進行除錯和驗證，這些經驗之談對於提升設計效率和降低錯誤率非常有幫助，真的是一本非常值得參考的工具書。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計蠻吸引人的，我平常就是對硬體比較有興趣，但又想深入瞭解數位電路到底是怎麼實現的，所以看到這個書名就覺得「就是它瞭！」尤其「從硬體電路到軟硬體整閤設計」這幾個字，讓我覺得不隻是純粹的VHDL語法教學，而是能看到更廣闊的應用，感覺像是能打通任督二脈一樣。拿到書後，我迫不及待地翻開，裏麵的圖錶和代碼範例都很清晰，而且感覺作者是真的有在考慮初學者，不會一開始就拋齣太復雜的概念。我特彆喜歡它在介紹基礎概念時，會搭配實際的硬體電路圖，這樣我就可以一邊看VHDL代碼，一邊對照實際的邏輯門是怎麼連接的，這種「看到」原理的感覺，比單純看文字說明要來得紮實多瞭。我目前正在跟著書裏的例子，試著實現一些簡單的數位邏輯，像是一些基礎的計數器、狀態機等等。雖然過程中難免會遇到一些卡關的地方，但書裏的講解都很循序漸進，加上一些小提示，總能讓我慢慢找到解決問題的方法。感覺這本書就像是一位經驗豐富的工程師，手把手地帶著我入門，讓我覺得學習VHDL不再是一件遙不可及的事情。

评分☆☆☆☆☆

這本《VHDL 數位電路設計實務教本》確實給我帶來瞭不少驚喜。它不僅僅是一本VHDL的語法手冊，更像是為你打開瞭一扇通往真正數位電路設計世界的大門。我尤其欣賞它在介紹VHDL語言特性時，總是能巧妙地與硬體實現邏輯聯係起來，讓我能夠真正理解代碼背後到底是怎麼在晶片上運作的。比如說，書中對於並發與順序執行的講解，配上對應的時序圖，我立刻就明白瞭它們在硬體上的區彆，這讓我寫代碼的時候，更能考慮到硬體的效率和行為。而且，這本書的案例非常貼近實際應用，像是針對一些常見的數位訊號處理單元，或是控製邏輯的設計，都有詳細的VHDL實現和說明。這讓我感覺自己不再是孤立地學習抽象的程式碼，而是真的在構建一個個實際的硬體功能。書中的「軟硬體整閤設計」部分，更是讓我看到瞭VHDL的價值所在，它不僅僅是設計硬體，更是如何讓硬體與軟件完美協同工作的關鍵。這本書真的讓我對數位電路設計有瞭更全麵、更深入的認識，感覺自己離成為一名更優秀的數位工程師又近瞭一步。