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吴拓 编

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• 数字电路
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• 数字电子
• 电路分析
• 模拟电路
• 半导体
• 电子工程
• 大学教材
• 高等教育

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121290237

版次：1

商品编码：12071162

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-11-01

用纸：胶版纸

页数：288

字数：518400

正文语种：中文

内容简介

　　本书为适应应用型本科教育的人才培养目标而编写的。主要内容有数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形、半导体存储器与可编程逻辑器件、数模和模数转换以及数字电子电路综合设计。内容简明扼要、深入浅出，重点突出、实用性强，以能力培养为重点，理论分析与应用实例相配合，以提高学生分析问题和解决问题的能力。

目录

第1章 数字逻辑基础 1
1．1 数字信息与数字电路 1
1．1．1 数字信息 1
1．1．2 数字电路 2
1．2 数制与码制 4
1．2．1 几种常用的数制 4
1．2．2 不同数制间的转换 6
1．2．3 几种常用的码制 8
1．3 逻辑代数 10
1．3．1 逻辑代数中3种基本运算 10
1．3．2 复合逻辑运算 12
1．3．3 逻辑代数的基本公式 14
1．3．4 逻辑代数的基本定理 14
1．3．5 逻辑代数的应用实例 15
1．4 逻辑函数及其表示方法 16
1．4．1 逻辑函数的定义 16
1．4．2 逻辑函数的表示方法 16
1．4．3 各种表示方法间的相互转换 17
1．5 逻辑函数的化简 18
1．5．1 逻辑函数的最简形式 18
1．5．2 公式化简法 19
1．5．3 卡诺图化简法 20
思考题与习题 28
第2章 逻辑门电路 31
2．1 二极管、三极管和场效应管
的开关特性 31
2．1．1 二极管的开关特性 31
2．1．2 三极管的开关特性 33
2．1．3 场效应管的开关特性 36
2．2 分立元件门电路 38
2．2．1 二极管门电路 38
2．2．2 三极管反相器 39
2．2．3 与非门电路 40
2．3 TTL集成门电路 41
2．3．1 TTL反相器电路结构及原理 41
2．3．2 TTL反相器的电压传输特性和
抗干扰能力 44
2．3．3 TTL反相器的静态输入特性、
输出特性和负载能力 46
2．3．4 TTL反相器的动态特性 51
2．3．5 TTL门电路的其他类型 53
2．3．6 TTL集成门系列简介 56
2．4 CMOS集成门电路 58
2．4．1 CMOS反相器的电路结构和
工作原理 61
2．4．2 CMOS反相器的特性及参数 62
2．4．3 CMOS门电路的其他类型 64
2．4．4 CMOS集成门系列简介 66
2．5 可以“线与”的集成门电路 68
2．5．1 集电极开路门（OC门） 69
2．5．2 三态输出门（TS门） 70
2．5．3 漏极开路门（OD门） 72
2．6 集成门电路的应用及其应注意
的问题 72
2．6．1 集成门电路的应用 72
2．6．2 集成门电路使用应注意的问题 74
2．6．3 TTL电路与CMOS电路之间
的接口问题 76
2．7 实操训练 78
实训项目一：“与非门”的功能测试
及应用 78
思考题与习题 83
第3章 组合逻辑电路 86
3．1 组合逻辑电路概述 86
3．2 组合逻辑电路的分析与设计 87
3．2．1 组合逻辑电路的分析 87
3．2．2 组合逻辑电路的设计 88
3．3 常用组合逻辑电路 89
3．3．1 编码器 89
3．3．2 译码器 91
3．3．3 数据选择器 93
3．3．4 加法器 94
3．3．5 数值比较器 96
3．4 用中规模集成电路设计组合逻辑
电路 96
3．4．1 用译码器设计组合逻辑电路 96
3．4．2 用数据选择器设计组合逻辑
电路 97
3．4．3 用加法器设计组合逻辑电路 98
3．5 组合逻辑电路的竞争-冒险现象 99
3．5．1 竞争-冒险的概念及其产生
原因 99
3．5．2 消除竞争-冒险的方法 100
3．6 实操训练 101
实操训练二：SSI组合逻辑电路 101
实操训练三：MSI组合逻辑电路
（一） 102
实操训练四：MSI组合逻辑电路
（二） 104
思考题与习题 106
第4章 触发器 108
4．1 概述 108
4．2 基本RS触发器 109
4．2．1 由与非门构成的基本RS
触发器 109
4．2．2 由或非门构成的基本RS
触发器 111
4．3 同步触发器 112
4．3．1 同步RS触发器 112
4．3．2 同步D触发器 114
4．4 主从触发器（脉冲触发） 115
4．4．1 主从RS触发器 115
4．4．2 主从JK触发器 116
4．5 边沿触发器（边沿触发） 118
4．6 触发器的逻辑功能及描述方法 119
4．7 集成触发器 122
4．7．1 常用集成触发器 122
4．7．2 触发器的功能转换 123
4．8 实操训练 124
实操训练五：触发器的功能测试
及应用 124
思考题与习题 127
第5章 时序逻辑电路 130
5．1 时序逻辑电路的基本概念 130
5．1．1 时序逻辑电路的分类 130
5．1．2 时序逻辑电路的基本结构
和描述方法 131
5．2 时序电路的分析方法 131
5．2．1 同步时序电路的分析方法 131
5．2．2 异步时序电路的分析方法 135
5．3 寄存器和移位寄存器 137
5．3．1 寄存器和移位寄存器结构组成
及工作原理 137
5．3．2 集成（移位）寄存器及其
应用 141
5．4 计数器 143
5．4．1 同步计数器结构组成及原理 144
5．4．2 异步计数器结构组成及原理 149
5．4．3 集成计数器及其应用 153
5．5 时序电路的设计方法 162
5．6 应用实例 167
5．7 实操训练 170
实操训练六：SSI时序逻辑电路 170
实操训练七：MSI时序逻辑电路
――计数器 172
实操训练八：MSI时序逻辑电路
――移位寄存器 174
思考与练习题 175
第6章 脉冲波形的产生与整形 180
6．1 概述 180
6．2 多谐振荡器 180
6．2．1 非对称式多谐振荡器 181
6．2．2 对称式多谐振荡器 182
6．2．3 石英晶体多谐振荡器 183
6．3 施密特触发器 184
6．3．1 施密特触发器的功能 184
6．3．2 由CMOS门构成的施密特
触发器 184
6．3．3 集成施密特触发器 186
6．3．4 施密特触发器的应用 187
6．4 单稳态触发器 189
6．4．1 用门电路组成的单稳态
触发器 189
6．4．2 集成单稳态触发器 191
6．4．3 单稳态触发器的应用 193
6．5 555定时器及其应用 193
6．5．1 555定时器的电路组成
与功能 193
6．5．2 用555定时器构成施密特
触发器 195
6．5．3 用555定时器构成多谐
振荡器 197
6．5．4 用555定时器构成单稳态
触发器 199
6．6 应用实例 201
6．7 实操训练 202
实操训练九：脉冲波形的变换与
产生 202
实操训练十：555集成定时器 204
思考与练习题 206
第7章 半导体存储器与可编程逻辑
器件 211
7．1 概述 211
7．2 随机存储器RAM 212
7．2．1 RAM存储单元 212
7．2．2 RAM的结构 214
7．2．3 RAM的扩展 215
7．3 只读存储器ROM 216
7．3．1 固定ROM 216
7．3．2 可编程只读存储器PROM 218
7．3．3 现代常用ROM 219
7．4 可编程逻辑器件PLD
（Programmable Logic Device） 219
7．4．1 PLD基本原理 220
7．4．2 PLD分类 223
7．5 高密度可编程逻辑器件 224
7．5．1 复杂可编程逻辑器件CPLD 224
7．5．2 现场可编程门阵列FPGA 224
7．5．3 基于芯片的设计方法 225
思考与练习题 226
第8章 数模和模数转换 227
8．1 概述 227
8．2 数模转换器（DAC） 228
8．2．1 DAC的基本原理 228
8．2．2 倒T形电阻网络DAC 228
8．2．3 权电流型DAC 230
8．2．4 数模转换输出极性的扩展 231
8．2．5 DAC的主要技术参数 232
8．2．6 集成DAC 233
8．3 模数转换器（ADC） 233
8．3．1 并联比较型ADC 234
8．3．2 逐次比较型ADC 236
8．3．3 双积分型ADC 238
8．3．4 ADC的主要技术参数 240
8．3．5 集成ADC 241
8．4 取样-保持电路 242
8．5 应用实例 243
8．6 实操训练 244
实操训练十一：数/模转换器及应用 244
实操训练十二：模/数转换器及应用 246
思考与练习题 248
第9章 数字电子电路综合设计 250
9．1 数字电子电路的设计方法 250
9．1．1 自顶向下设计方法 250
9．1．2 试凑设计法 251
9．1．3 数字电路系统分析及设计
的一般步骤 252
9．2 数字电子电路的设计举例 253
9．2．1 十字路口交通管理器 253
9．2．2 数字频率计的设计与制作 261
9．3 课程设计参考题目 266
附录A 部分习题答案 267
参考文献 280

前言/序言

　　前 言

　　当今时代是一个数字化时代，数字电子技术作为国家科学技术和国民经济发展的基础，在电子计算机、电子通信、工业控制、交通管制及家用电器等各个领域，有着无处不在、举足轻重的地位。《数字电子技术基础》是电子信息类、机电一体化类、自动化类、计算机类等专业的专业基础课程，也是实践性很强的技术基础课程，随着数字化和信息化技术的飞速发展，该课程对于培养学生的专业技能和创新能力也凸显出更为重要的作用。

　　本书的编写是为了适应电子信息产业发展的需要，培养应用型本科专业技术人才而编写的。本书具有以下特点。

　　1．培养具有较强职业能力的应用型人才的目标明确

　　遵循教育部对“电子技术基础课程”的基本要求，本着“宽口径、厚基础、重实践，够用为度”的原则，本教材围绕“培养有一定理论基础，有较强实操能力，有足够创新意识的应用型人才”这一目标，整合和优化教学内容。

　　2．实施以能力培养为重点的“教-学-做”一体化教学模式

　　为了达到理论联系实际、增强实践教学环节的目的，本书实施“教-学-做”一体化教学模式，按照四大模块即清晰的教学导航、系统的理论知识、足够的实操训练、必要的应用示例来编写，知识目标和能力目标明确、重点和难点突出，以期达到以能力培养为重点的最佳效果。

　　3．加强实操训练以满足岗位就业对专业技能的需要

　　为了满足许多岗位对就业人员的数字电子技术与技能提出的新要求，本书精心编录了12个数字电子技术实操训练项目，期望通过实操训练项目调动和激发学生自主获取相关知识和技能的积极性、主动性。

　　4．内容新、精、齐，理论分析与应用实例相配合

　　编者力求出精品、力求创新，力求内容系统、科学、全面，吸收科技最新成果，对重点内容尤其是与生产实际联系紧密的内容进行细致的推理解析，理论分析与应用实例相配合，以期提高学生分析问题和解决问题的能力。

　　本书的主要内容有：数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形、半导体存储器与可编程逻辑器件、数模和模数转换以及数字电子电路综合设计，书中配有一定量的思考题与习题并附有部分习题答案。内容简明扼要，深入浅出，思路清晰，重点突出，实用性强。

　　本书由吴拓教授任主编，易亚军、罗俊任副主编；第1、2章由吴拓编写，第3、4、9章由罗俊编写，第5、6章由易亚军编写，第7、8章由宋宗峰编写、各章的实操训练由杨博编写；全书由吴拓教授进行统稿和定稿。

　　本书的编写得到了各界同仁的大力支持，在此谨致深深的谢意！

　　由于编者水平有限，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者不吝指正。

　　编 者

《代码之外：探寻计算的本质与未来》 简介 在信息爆炸的时代，我们被海量的数据和无所不在的数字技术所包围。智能手机、社交媒体、云计算、人工智能……它们深刻地改变着我们的生活方式、工作模式，甚至思维习惯。然而，在享受这些便利的同时，我们是否曾停下来思考，这一切的根源是什么？是什么样的原理支撑着这些看似神奇的“魔法”？ 《代码之外：探寻计算的本质与未来》并非一本教你编写代码的入门指南，也非一本深入剖析特定软件或硬件的专著。它更像是一次跨越技术表象的深度探索，一次对“数字”世界背后支撑逻辑的追本溯源。本书将带领读者，从最基础的层面，理解信息是如何被表示、处理和传输的，以及这些最基础的原理如何演化出我们今天所见的复杂数字系统。 本书内容概览 本书将以一种非线性、启发式的方式，层层剥茧，逐步揭示计算的本质。我们将从最抽象的“信息”概念出发，探讨信息是如何被量化和编码的。 第一部分：信息的基石——从比特到编码 何为信息？ 我们将首先探讨“信息”这一概念的哲学内涵和物理基础。信息并非虚无缥缈，它与物理世界紧密相连，并且可以被度量。信息论的奠基性思想，例如香农熵，将以一种通俗易懂的方式被介绍，帮助读者理解信息的“不确定性”如何被量化，以及压缩信息的可能性。 比特的诞生： 计算机世界最核心的单位——比特（bit）。我们将深入理解比特的本质，它不仅仅是0和1的简单组合，更是能量和物理状态的载体。从二极管、晶体管的物理开关原理，到逻辑门的设计，我们将看到最简单的计算单元是如何被实现的。 编码的艺术： 如何将人类世界的各种信息（文字、声音、图像、视频）转化为计算机能够理解和处理的比特流？本书将介绍各种经典的编码方案，例如ASCII码、Unicode，它们是如何让计算机“认识”我们语言的。同时，也会触及音频和图像编码的基本原理，解释为什么一张图片或一段音乐可以被存储和传输。数据压缩的奥秘也将在此部分被初步揭示，理解无损与有损压缩的区别和应用场景。 第二部分：逻辑的殿堂——组合逻辑与时序逻辑 布尔代数与逻辑门： 在比特的基础上，我们构建逻辑。布尔代数是数字逻辑的基石，它揭示了变量之间的逻辑关系。本书将通过生动的例子，介绍与门、或门、非门、异或门等基本逻辑门的工作原理，以及它们如何组合成更复杂的逻辑功能。你将理解，所有复杂的计算，最终都可以分解为这些简单的逻辑操作。 组合逻辑电路： 如何用逻辑门实现加法器、译码器、多路选择器等基本功能单元？我们将探讨组合逻辑电路的设计思路，理解它们的输入输出关系是确定的，与时间无关。这部分内容将让你看到，计算机的“思考”是如何在硬件层面实现的。 时序逻辑的引入： 现实世界的计算往往需要“记忆”和“状态”。时序逻辑电路将时间维度引入到设计中。我们将介绍触发器（Flip-flop）的概念，它是构成存储单元的基础。存储器（Memory）的基本原理，包括RAM和ROM，也将在此部分进行阐述。你将理解，计算机的“短期记忆”和“长期记忆”是如何工作的。 第三部分：架构的智慧——处理器、存储与总线 中央处理器（CPU）的灵魂： CPU是计算机的“大脑”。我们将深入了解CPU内部的基本组成部分，包括算术逻辑单元（ALU）、控制器、寄存器等。指令集（Instruction Set）的概念将被详细介绍，理解CPU如何解读和执行机器语言指令。流水线（Pipeline）和缓存（Cache）等提升CPU性能的技术原理也将被探讨，让你明白为什么现代CPU的速度如此之快。 存储器的层级结构： 从寄存器、缓存到主存（RAM）和外存（硬盘），存储器有着不同的速度和容量。我们将分析这种层级结构的优势，以及数据在不同层级之间是如何流动的。内存管理的基本概念也将被触及，理解操作系统如何有效地利用有限的内存资源。 总线：数据的通道： 数据在CPU、存储器和其他外围设备之间是如何传输的？总线（Bus）是关键。我们将介绍地址总线、数据总线和控制总线的概念，以及它们如何协同工作，完成数据的有序传输。PCIe、USB等现代总线技术的发展趋势也将被简要提及。 第四部分：系统之魂——操作系统与网络通信 操作系统的角色： 操作系统是计算机的“管家”。我们将探讨操作系统如何管理硬件资源（CPU、内存、I/O设备），如何调度进程和线程，以及如何提供用户接口。文件系统的概念，包括目录结构和文件存储方式，也将被介绍。 并发与并行： 在多任务的世界里，如何让计算机同时处理多个任务？并发（Concurrency）和并行（Parallelism）的概念将被区分和阐释。进程和线程的生命周期，以及它们之间的同步机制，将帮助读者理解多任务处理的复杂性。 网络通信的基石： 从IP地址到TCP/UDP协议，我们将初步了解计算机网络通信的基本原理。数据包的封装与解封装，路由（Routing）的基本思想，以及TCP/IP协议栈的层次结构，将帮助读者理解互联网是如何运作的。 第五部分：未来的回响——计算的演进与挑战 摩尔定律的边界与超越： 随着芯片制造工艺的不断推进，我们正面临物理极限。本书将探讨摩尔定律的意义，以及未来计算可能的发展方向，例如量子计算、神经形态计算等。 算法的力量与AI的崛起： 计算能力不仅仅在于硬件，更在于算法。我们将简要回顾算法的重要性，并探讨人工智能（AI）是如何利用强大的计算能力和复杂的算法，实现前所未有的智能表现。AI的训练过程，以及其对计算资源的需求，将与本书的前面部分内容产生有趣的呼应。 安全与隐私的考量： 随着计算的深入和普及，信息安全与隐私保护变得尤为重要。我们将从基础原理的角度，探讨加密、认证等安全机制的运作方式，以及它们在数字世界中的必要性。 《代码之外：探寻计算的本质与未来》的目标，是为那些渴望理解数字世界深层逻辑的读者提供一个清晰的路径。它不要求读者具备深厚的数理基础，而是通过严谨的逻辑推理和生动的案例，引导读者一步步构建起对计算本质的认知。本书旨在激发读者对技术的好奇心，培养独立思考的能力，从而更好地理解我们身处的这个数字时代，并为未来的科技发展打下坚实的理解基础。无论你是对计算机科学充满兴趣的学生，还是希望提升技术认知度的行业从业者，亦或是对科技保持好奇心的普通读者，都能在这本书中找到属于自己的启发。

评分☆☆☆☆☆

我拿到《数字电子技术基础》这本册子的时候，本来没抱太大的希望，毕竟电子技术这东西，听起来就有点“硬核”，我担心会很难读懂。然而，这本书，却让我刮目相看。它用一种非常易懂的方式，把复杂的数字电路原理，化繁为简。我当时最想搞明白的，就是为什么我们用的手机、电脑，那些小小的芯片里，能够实现那么多的功能，背后的原理到底是什么。这本书，就给了我一个非常好的解答。它从最基本的逻辑门开始，一步步地讲解，就像搭积木一样，让你看到简单的器件是如何组合成强大的功能的。我尤其喜欢它在讲到存储单元的时候，那种清晰的描述，让我一下子就理解了数据是如何在电路中被“记住”的。而且，书中有很多图示，非常直观，让我不用去想象那些抽象的电路图，可以直接看到信号的流动和变化。我记得我花了很长时间去研究它关于时序逻辑的部分，那部分内容对我理解微处理器和单片机的工作原理非常有帮助，让我终于明白，为什么指令的执行需要按照一定的顺序。这本书，真的像一扇窗户，让我窥见了数字世界的奥秘，也让我对电子技术产生了浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本《数字电子技术基础》的时候，主要想解决一个问题：就是我之前做一些项目的时候，经常会遇到一些瓶颈，比如说，我对一些信号的采集和处理，总是把握不好，感觉自己对数字信号的理解不够深入，不知道怎么才能设计出更高效、更稳定的电路。这本书，真的是给了我一个非常大的惊喜。它不仅仅是停留在理论的讲解上，更重要的是，它有很多关于实际应用场景的分析。我尤其喜欢它在讲到触发器和寄存器那一部分的时候，那种从理论到实践的过渡，写得非常自然。它会告诉你，这些基础的电路单元，在实际的数字系统中扮演着什么样的角色，比如在数据存储、数据传输中是如何工作的。我当时就想着，如果我能把这些概念吃透，那我在做一些数据采集和存储相关的项目时，肯定会事半功倍。而且，这本书在讲解一些复杂电路的时候，用了非常精炼的语言，避免了很多不必要的术语堆砌，让我能够很快地抓住核心。它还涉及了一些时序分析的概念，这一点对我来说非常重要，因为我之前在设计一些高速数字电路时，经常会因为时序问题而头疼。这本书在这方面提供了一个很好的指引，让我能够更系统地去考虑时序的约束和优化。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我买《数字电子技术基础》这本书，最初是为了应付考试。当时大学里有一门课，学起来感觉特别吃力，尤其是数字逻辑这部分，总是抓不住重点，感觉脑子里乱糟糟的。我当时想，找一本内容比较全面、讲解清晰的书，能帮助我理清思路，至少把考试考过去。结果这本书，完全超出了我的预期。它不仅仅是讲解了考试需要的内容，更重要的是，它用一种非常系统和逻辑的方式，把数字电子技术的核心概念梳理得井井有条。我特别喜欢它对二进制、逻辑运算这些基础概念的讲解，非常严谨，而且通过大量的图示和例子，让我能够非常直观地理解。我印象最深刻的是它在讲到卡诺图化简逻辑函数的时候，那种数学工具在电路设计中的应用，让我觉得非常巧妙，也让我明白了为什么有些电路设计能够做得如此简洁高效。而且，这本书的结构也很合理，从最基础的逻辑门，到组合逻辑，再到时序逻辑，层层递进，让我感觉学习过程非常顺畅，不会觉得一下子面对太多的新知识。考试结束后，我发现这本书对我学习其他相关课程，甚至后来的工作，都产生了非常大的积极影响。

评分☆☆☆☆☆

《数字电子技术基础》这本书，我拿到手里的时候，确实是抱着非常大的期望的。我之前在学校学习过一些基础的电子知识，但总觉得不够系统，尤其是在数字电路这块，总感觉像是在云里雾里。我当时的想法是，这本书应该能帮我把这些零散的知识点串联起来，形成一个完整的知识体系。结果这本书的内容，我怎么说呢，它给我提供了一个非常好的切入点，让我在学习过程中，能够非常清晰地理解到每一个概念背后的逻辑。比如，书中对于组合逻辑和时序逻辑的区分，解释得非常透彻，并且给出了很多经典的例子，我能够从中看到不同的电路设计思路是怎么形成的，又是如何一步步优化的。而且，书中对于各种门电路的基本原理，以及它们组合起来能实现的功能，都讲解得很到位。我还记得我特别喜欢它讲到编码器和译码器那部分，当时我一直在思考，为什么简单的与非门、或非门可以实现这么复杂的功能，这本书就用非常直观的图示和文字，把这个过程分解开来，让我茅塞顿开。它不是那种照本宣科的书，而是更像一位循循善诱的老师，引导你去思考，去发现问题，然后再一步步地解答。我甚至觉得，这本书对于那些想要跨入嵌入式开发领域的朋友们来说，也是一个非常好的起点，因为很多嵌入式系统的底层逻辑，都离不开数字电路的基础。

评分☆☆☆☆☆

当初买《数字电子技术基础》这本书，纯粹是出于一种好奇心。我一直对电子产品背后的工作原理很好奇，尤其是那些看起来很“聪明”的数码设备，总觉得里面一定隐藏着什么巧妙的设计。这本书，可以说是一次非常奇妙的探索之旅。它没有像很多技术书籍那样，一开始就摆出一堆枯燥的公式和图表，而是用一种非常引人入胜的方式，带你走进数字电路的世界。我记得它在讲到逻辑门电路的时候，就好像在拆解一个积木一样，非常清晰地展示了最基本的逻辑单元是如何组合出更复杂的功能的。我最喜欢的是它对状态机的讲解，感觉就像在教你如何设计一个“有记忆”的电路，能够根据不同的输入和当前的状态，做出不同的反应。这个过程，真的非常有意思，让我感觉自己也在参与创造。而且，书中给出的很多例子，都非常有现实意义，比如在讲解计数器的时候，就联系到了我们日常生活中很多计数相关的场景，让我觉得学到的知识是可以直接应用到生活中的。这本书让我对数字世界有了更深层次的理解，也激发了我继续深入学习的兴趣。