2015年5月5日星期二

【暢銷書】世界第一簡單數位電路(マンガでわかるディジタル回路)＊專業/教科書/政府出版品類＊

世界第一簡單數位電路(マンガでわかるディジタル回路)～推薦！

作者：天野英晴/著,闕志達/審訂
譯者：衛宮紘
出版社：世茂
出版日期：2015/05/05
語言：繁體中文

ISBN：9789865779719
叢書系列：科學視界
規格：平裝/224頁/21x14.8x1.13cm/普通級/單色印刷/初版
出版地：台灣
本書分類：自然科普>應用科學>概論
本書分類：專業/教科書/政府出版品>電機資訊類>電機

【Author】作者/繪者/著者/譯者

作者簡介

天野英晴

　　1986年慶應義塾大學工學部電氣工學專業修畢

現任：
　　慶應義塾大學理工學部情報工學科教授
　　工學博士

主要著作：
　　《邊做邊學電腦架構》合著（培風館）
　　《可重組系統》合著（歐姆社）
　　《誰都能瞭解的數位電路》（歐姆社）
　　《適合數位設計人的電子電路》（日冕社）

審訂者簡介

闕志達

現職：
　　國立台灣大學電機系教授

學歷：
　　國立台灣大學電機系學士
　　美國加州理工學院電機系碩士、博士

經歷：
　　國立台灣大學電機系副教授
　　國立台灣大學電子研究所所長
　　台灣積體電路設計學會理事長
　　國家實驗研究院晶片系統設計中心主任

專業資格：
　　國際電機電子工程師學會 (IEEE) Fellow

譯者簡介

衛宮紘

　　清華大學原子科學院學士班在讀中，平常喜愛沈浸在文字堆裡打滾，對日本文化極感興趣，聽譯過一些影集字幕翻譯，也常和筆友做文章翻譯交流。

　　譯作《男人懂了這些更成功》。

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【Introduction】簡介/書評/特色/摘要

理工科秘笈！
數學不好也能學會的
數位電路入門書！
成為電晶體、晶圓廠程師！

　　電機、電工、電信、資工、資科系……理工科必學！
　　工程師必修科目！

　　數位產品哪裡來？
　　好想設計劃時代的數位產品！
　　誰來教教我？！

　　掌握基本概念，
　　橫掃頂尖科技大學、技職學校
　　與名校理工科系，
　　成為專業電機與資訊工程、數位產品研發人才！

　　教授教不會的數位電路，交給本書！
　　擺脫艱澀布林代數與數學式，
　　從基礎的電路設計出發，
　　掌握原理，搞定高階設計！

　　什麼是數位電路，原理是什麼？如何運作？
　　數位電路為何能取代類比電路？
　　如何設計「組合電路」？
　　什麼是電路的「化簡」？
　　數位電路設計的最新設計方法是什麼？

　　從簡單的電子骰子機器出發，熟悉數位電路原理，
　　總有一天，你也能創造自己的數位產品！
　　理工科學生一看到數位電路教科書就想睡嗎？
　　想考電機相關科系，卻讀不懂數位電路專書嗎？
　　生活在數位化的時代，你應該學習數位電路！

　　高階的數位電路設計牽涉各領域的知識，包含邏輯學、代數……本書帶你跳脫這些僵化框架，以圖解說明，輕鬆掌握原理，不擅長數學的人也能學會數位電路！

　　數位產品如何製成、運作？類比電路與數位電路有何不同？數位電路的設計有哪些方法與規則？想考理工科系、想親手設計電路、搞不定數學式而害怕數位電路的人，快翻開本書，打好基礎，成為數位專家！

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【Table of Contents】目錄/大綱/內容概要

前言

第1章
Column 數位IC   21
Column FPGA    22
第1章名詞解釋 24

第2章   25
1 數位與類比　26
‧從類比電路到數位電路 26
‧類比和數位的概念 28
2 數位電路遠勝類比電路的原因　33
‧邏輯電路是什麼？   33
‧「邏輯閘」的基本原理 35
‧數位電路以數量決勝負！   37
‧數位電路為什麼具有優勢？   39
‧數位電路的設計很簡單 44
布林代數是什麼？   49
第2章名詞解釋 52
Column 布林代數是什麼？

第3章 53
1 真值表與MIL符號　54
‧多數決的數位電路 54
‧用L和H做真值表 58
‧MIL符號是什麼？ 64
‧激活L和激活H   68
‧第摩根定律 72
‧用MIL符號統整基本邏輯閘 75
2 製作多數決電路　78
‧對應真值表的電路（加法標準式的設計步驟） 79
Column CMOS是什麼？ 85
Column MOS-FET的運作原理 88
第3章名詞解釋 91

第4章 93
1 使用卡諾圖　94
‧不必要的設計 94
‧卡諾圖的讀法 98
‧圈選1的群組 102
‧圈選的注意事項 106
‧加入中華料理呢？如果人數增加呢？ 108
2 Don’t Care　111
‧如何判斷大月？ 111
‧十進數與二進數 114
‧判斷大月的電路設計 118
‧Don’t care   120
3 多個輸出端　124
‧輸出端共通化 125
‧電子骰子顯示器的電路設計 129
Column 加法電路與減法電路 137
第4章名詞解釋 143

第5章 145
1 順序電路是什麼？　146
‧順序電路是會記憶的電路 148
2 D正反器　153
‧正反器像蹺蹺板 153
‧D正反器與計時器 155
‧暫存器是什麼？ 167
3 電子骰子　‧171
‧電子骰子是一種順序電路 171
‧（1）首先，畫出狀態變遷圖 174
‧（2）將狀態轉換成二進數 177
‧（3）設計對應的組合電路 181
Column 正反器的結構 187
Column 各種正反器 190
第5章   名詞解釋 193

最後用硬體描述語言，設計數位電路

索引

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【Preface】序/前言/推薦/心得

前言

　　電腦、智慧型手機、平板電腦……我們身邊充滿各種數位產品，連類比訊號（電路）的最後堡壘──電視機，也已經變成數位。為什麼數位電路會變得如此發達？它利用什麼原理運作？內部設計又是如何？這些問題本書皆以輕鬆的漫畫解說，而不使用布林代數或是艱難的數學式與理論，讓讀者可以快速掌握數位電路的基本概念。

　　數位電路的世界只有0 與1，而稱為「閘」的基本元件，只能做簡單的動作。本書第1章將介紹常見的數位電路；第2章則解說為什麼這樣簡單的數位電路會發展得如此迅速，進而取代傳統的類比電路；第3章介紹透過輸入數值決定輸出數值的「組合電路」簡單設計方法；而第4 章解說「化簡」的方法。「化簡」是大學數位電路課程中，極為重要的部分，教授會教導學生如何用布林代數轉換數學式，但本書將以更易懂的方式來化簡數學式，即使讀者不擅長數學，也能享受設計電路的樂趣。第5章介紹儲存元件和順序電路的設計方法，最後，本書會介紹硬體描述語言HDL、高階合成HLS等的最新設計方法。

　　數位電路的世界充滿圖表，例如：真值表、電路圖、卡諾圖、狀態變遷圖等，因此以文字敘述來解說數位電路，不如用「漫畫」解說更合適。本書運用漫畫的優點，以易於理解的方式寫作，例舉多個設計實例，深入解說元件的構造，再以column補充高水準、先進的知識與設計技術。不管讀者是數位電路的初學者，還是主修其他領域、從事數位電路設計的專業人士，本書都能滿足你的求知慾。

　　本書由目黑治負責作畫，Office sawa的澤田佐和子負責製作，有他們的協助，我才能完成這本不同以往的數位電路專書，運用劃時代的圖像表現，具現數位電路的本質。感謝歐姆社給我執筆的機會，並給予我許多建言，在此致上深深謝意。

天野英晴

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數位IC

IC（Integrated Circuit）是積體電路，亦即搭載許多電晶體的半導體。

本章介紹的IC位於黑色封裝（package）內部，稱為晶片。一般來說，IC多指安裝在數位電路裡面的數位IC，內部搭載許多電晶體。搭載超過數萬個電晶體的IC，又稱為LSI（Large Scale Integrated Circuit，大規模積體電路）。最近的LSI，晶片四周有非常細的接腳，置於封裝組件中，再牢牢裝於印刷電路板上。拆解手機等新型資訊科技產品，可看到LSI和其他組件一起搭載在小型的印刷電路板上。而且，令人驚訝的是，電路板上的晶片數量並不多，因為最近的LSI整合度※提高，使產品的功能只依靠少數LSI晶片。

五藻拆解的電子骰子所使用的數位IC，是只有數十個電晶體的小規模IC，組裝在兩側擁有多隻接腳的封裝（DIP：Dual Inline Package，雙插封裝）中。1970 年代到1980 年代，DIP可以在日本秋葉原等地方買到，將DIP插入萬用電路板（洞洞板），再焊接配線，製成數位電路，即是古老而優良的電子工程。現在除了教學，這種IC已經沒有人在使用了，取而代之的是設計者能夠自由改變內部功能的IC──PLD（Programmable Logic Device，可程式邏輯元件）。

PLD的同伴FPGA（Field Programmable Gate Array，場規劃邏輯閘陣列）搭載了大規模且高速的數位電路，不但價格便宜且設計簡單。FPGA的測試用電路板很容易買，晶片與晶片之間不需要焊接。現今，從事電子工程的相關人士都開始使用FPGA，可輕鬆製作功能強大的電子產品。另外，FPGA的數位電路直接封裝在晶片中，所以不管五藻怎麼拆解，也看不到裡面的結構。本書的一開始，我們會先沉浸在古老而優良的電子工程世界，學習數位電路。不論是運用小型積體電路，還是運用最新型FPGA的電子工程，都通用本書介紹的數位電路原理。掌握此原理，即可運用最新技術的CAD（Computer Aided Design）電腦輔助設計軟體和FPGA，製作自己喜歡的電路。

※整合度，指單一晶片所容納的元件數量。