数位逻辑设计(第四版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书从数位基本原理的介绍到日常生活的简单设计、应用，有系统且深入浅出的解说，让初学者建立一完整的数位逻辑设计基础。为了使读者能快速、有效的吸收书中所阐述的内容，每每于讲述原理或观念之后，即辅以适当的应用实例加以说明。内容包括有：数目系统、布林代数、基本逻辑闸、第摩根定理、组合逻辑的设计与应用、顺序逻辑等；适合科大及技术学院电子、电机系『数位逻辑设计』课程使用。
 

现代集成电路设计与应用基础 本书特色： 系统深入： 全面覆盖从半导体物理基础到复杂系统级集成的设计流程。 实践导向： 强调理论与实践相结合，大量结合当前主流EDA工具和工业实践案例。 前沿追踪： 深入探讨低功耗设计、高性能计算架构及新兴的存算一体技术。 --- 第一章：半导体器件与工艺基础 (约200字) 本章旨在为读者构建坚实的物理基础，理解现代数字电路赖以生存的半导体材料特性和制造工艺。内容从晶体管的物理结构（特别是MOSFET的工作原理，包括阈值电压、跨导、亚阈值效应等核心参数）开始，深入分析不同制造工艺节点（如FinFET、GAAFET）对电路性能的影响。同时，详细阐述集成电路制造中的关键步骤，如光刻、刻蚀、薄膜沉积和掺杂过程，使读者理解制造限制如何反作用于设计决策。此外，本章还将引入寄生效应（电阻、电容、电感）在纳米尺度下的重要性及其对高速电路性能的制约。 第二章：晶体管级电路基础与建模 (约250字) 本章聚焦于CMOS逻辑门电路的构建模块。我们将详尽分析标准单元（Standard Cells）的设计原理，包括反相器、两输入/多输入逻辑门（NAND, NOR）的尺寸优化，以实现速度、功耗和面积的最佳平衡。重点内容包括：静态和动态功耗的详细计算模型、电荷共享效应的分析以及阈值电压失配对电路可靠性的影响。此外，本章将引入先进的电路建模技术，如SPICE级仿真、查找表（LUT）模型以及基于PPA（Power, Performance, Area）的抽象模型，为后续的系统级设计提供精确的器件参数输入。逻辑单元之间的互连延迟分析，特别是电容负载和信号上升/下降时间的关系，将作为本章的实践重点。 第三章：组合逻辑电路的优化与综合 (约300字) 本章从电路级扩展到功能级的优化。首先，详细介绍布尔代数在电路简化中的应用，包括卡诺图、Quine-McCluskey方法及其在复杂逻辑函数化简中的局限性。核心部分将深入探讨逻辑综合（Logic Synthesis）的过程，从高层次的HDL描述到门级网表（Netlist）的生成。内容涵盖目标库的选择、时序驱动的优化算法（如门重定时、逻辑重定位）以及面积驱动的优化策略。我们还将分析多级逻辑网络的深度与扇出对信号传播的影响，并引入异步电路（如自定时逻辑）的基本概念，作为对传统同步设计的补充。本章强调如何使用现代综合工具（如Synopsys Design Compiler或Cadence Genus）的约束驱动流程，实现设计规范的精确映射。 第四章：时序电路设计与分析 (约250字) 时序电路是实现存储和状态管理的关键。本章详细阐述同步系统的核心概念——时钟域。内容涵盖触发器（Flip-Flop）和锁存器（Latch）的工作原理、建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的严格定义与计算。关键在于对时钟树（Clock Tree Synthesis, CTS）的深入解析，包括时钟偏斜（Skew）、时钟抖动（Jitter）及其对时序裕度的侵蚀。本章将引入同步时序分析（Static Timing Analysis, STA）的完整流程，包括路径分组、关键路径识别以及跨时钟域（CDC）信号的同步机制（如双端口寄存器、握手协议）。读者的目标是理解如何在复杂的SoC设计中确保所有时序约束得到满足。 第五章：低功耗设计技术 (约250字) 随着移动和物联网设备的普及，低功耗设计已成为现代IC设计的核心议题。本章系统地介绍功耗的来源（动态功耗和静态/漏电功耗）及其量化方法。重点内容包括： 1. 电压频率缩放（DVFS）： 如何根据工作负载动态调整工作电压和频率以节省能量。 2. 时钟门控（Clock Gating）： 识别不活动模块并禁用其时钟源，有效削减动态功耗。 3. 电源门控（Power Gating）： 利用隔离单元和断开开关（Sleep Transistors）彻底切断空闲模块的电源，以抑制亚阈值漏电。 4. 多电压域设计（Multi-Voltage Domains）： 使用电平转换器（Level Shifters）连接不同电压的电路块，优化整体能效。 本章将结合实际的功耗建模和仿真工具，指导读者在设计初期就嵌入低功耗意识。 第六章：存储器设计与接口 (约200字) 本章关注高性能数据存储单元的设计与集成。内容涵盖SRAM（静态随机存取存储器）的基本结构（6T/7T单元）、读写操作的时序和噪声容限。与SRAM相对，DRAM（动态随机存取存储器）的电荷存储原理、刷新机制及其在系统中的应用将被探讨。此外，本章还将介绍现代SoC中常见的嵌入式存储器层次结构，以及用于高速数据传输的接口技术，如PHY层设计中的关键考虑因素，为构建完整的系统级芯片奠定基础。 第七章：系统级设计与验证方法 (约150字) 本章将视角提升至系统层面，关注如何将上述底层模块整合。内容包括基于事务级建模（TLM）的系统级架构探索，以及硬件描述语言（VHDL/Verilog/SystemVerilog）在模块化设计中的应用。核心在于设计验证（Verification）方法论，包括功能覆盖率的度量、验证平台（Testbench）的构建，以及形式验证（Formal Verification）在确保设计正确性方面的作用。本章为读者提供了从规范到物理实现的整体项目管理和质量控制框架。 --- 目标读者： 电子工程、计算机工程专业的本科高年级学生及研究生；从事ASIC/SoC设计、验证、后端实现的工程师。 所需先修知识： 具备基础的电路理论知识和初步的数字系统概念。

CH1 基本概论
1-1 数位系统和类比系统
1-2 逻辑位准与脉波位准
1-3 数位积体电路

CH2 数目系统
2-1 十进位表示法
2-2 二进位表示法
2-3 八进位表示法
2-4 十六进位表示法
2-5 数字表示法的互换
2-6 二进位减法
2-7 其他数字码

CH3 布林代数与其化简
3-1 布林代数的特质
3-2 布林代数的基本运算
3-3 布林代数的基本定理与假说
3-4 卡诺图化简布林代数
3-5 列表法化简布林代数

CH4 基本逻辑闸
4-1 反相闸
4-2 或 闸
4-3 及 闸
4-4 反或闸
4-5 反及闸
4-6 互斥或闸
4-7 反互斥或闸

CH5 第摩根定理
5-1 第摩根定理(De Morgan's Theorem)
5-2 第摩根定理的互换与应用

CH6 组合逻辑的设计与应用
6-1 组合逻辑电路的基本概念
6-2 组合逻辑的设计步骤
6-3 加法器
6-4 减法器
6-5 解码器
6-6 编码器
6-7 多工器
6-8 解多工器
6-9 其他组合逻辑的应用电路
6-10 唯读记忆体(ROM)
6-11 可程式逻辑元件(PLD)

CH7 顺序逻辑
7-1 整反器
7-2 计数器
7-3 移位暂存器
7-4 红绿灯

CH8 循序逻辑设计
8-1 状态图与状态表
8-2 循序逻辑设计的步骤
8-3 莫尔机与米利机电路8-17

附录A IC资料
附录B 本书主要参考资料及相关书籍
附录C 选择题习题解答

 

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唸了這麼多年書，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、最有系統的一本。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，我才發現裡面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合邏輯、序向邏輯，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。

评分☆☆☆☆☆

這本書的內容廣度與深度都讓我印象深刻。它不只涵蓋了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向有了更明確的目標。

评分☆☆☆☆☆

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，讓我可以從不同面向去理解，找出最適合自己的記憶點。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表格，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。

评分☆☆☆☆☆

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，它不只是單純的理論堆砌，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。從一開始的真值表、卡諾圖化簡，到後來更複雜的時序分析、關鍵路徑的概念，作者都花了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，並且提供了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，實在是太重要了。

评分☆☆☆☆☆

對於想要深入了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。書中不僅說明了這些工具的功能，更深入闡述了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，書中提供了非常實用的範例，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。