經典原版書庫：數字設計和計算機體係結構（英文版）（第2版） 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《經典原版書庫：數字設計和計算機體係結構（英文版）（第2版）》以一種流行的方式介紹瞭從計算機組織和設計到更細節層次的內容，涵蓋瞭數字邏輯設計的主要內容，展示瞭使用VHDL和Verilog這兩種主要硬件描述語言設計MIPS處理器的技術細節，並通過MIPS微處理器的設計強化數字邏輯的概念。《經典原版書庫：數字設計和計算機體係結構（英文版）（第2版）》的典型特色是將數字邏輯和計算機體係結構融閤，教學內容反映瞭當前數字電路設計的主流方法，並突齣計算機體係結構的工程特點，書中的大量示例及習題設計也可以加強讀者對基本概念和技術的理解和記憶。

內頁插圖

目錄

In Praise of Digital Design and Computer Architecture
Preface
About the Authors
Chapter 1 From Zero to One
Chapter 2 Combinational Logic Design
Chapter 3 Sequential Logic Design
Chapter 4 Hardware Description Languages
Chapter 5 Digital Building Blocks
Chapter 6 Architecture
Chapter 7 Microarchitecture
Chapter 8 Memory and I/O Systems
Appendix A Digital System Implementation
Appendix B MIPS Instructions
Appendix C C Programming
Further Reading
Index

前言/序言

深入探索數字邏輯的基石，揭示現代計算的脈絡 對於那些渴望透徹理解計算機底層運作原理的求知者而言，一本精心打磨的、能夠引導他們穿越數字邏輯的復雜迷宮，直至洞悉現代計算機體係結構的宏偉藍圖的著作，無疑是開啓知識大門的金鑰匙。本書，正是一部肩負此重任的經典之作，它以其嚴謹的學術態度、清晰的邏輯闡述以及豐富翔實的案例，為讀者提供瞭一個係統而深入的學習平颱，無論您是初涉此道的新手，還是希望鞏固和深化已有知識的從業者，都能從中獲益匪淺。 本書旨在全麵而係統地介紹數字設計的基礎概念、核心理論以及在現代計算機體係結構中的實際應用。它不僅僅是一本技術手冊，更是一次智慧的旅程，帶領讀者從最基本的邏輯門電路齣發，逐步構建齣復雜而強大的數字係統。在整個學習過程中，讀者將不僅掌握理論知識，更能培養起分析、設計和優化數字電路和計算機係統的關鍵能力，為未來在計算機科學、電子工程以及相關領域的深造和職業發展奠定堅實的基礎。 第一部分：數字邏輯設計——構建計算世界的基石 數字邏輯是所有數字係統的基石，也是理解計算機工作原理的起點。本書的第一部分將帶領讀者循序漸進地探索數字邏輯的奧秘。 邏輯門與布爾代數： 我們將從最基礎的邏輯門（如AND、OR、NOT、XOR）開始，逐一解析它們的邏輯功能和真值錶。隨後，深入到布爾代數的世界，學習如何使用布爾錶達式來描述和簡化邏輯函數。理解布爾代數的公理和定理，例如德摩根定律、分配律等，是掌握數字邏輯設計的關鍵。我們將通過大量的實例，展示如何將現實世界的問題轉化為布爾錶達式，並利用代數方法對其進行化簡，從而設計齣高效的邏輯電路。 組閤邏輯電路： 在掌握瞭基本邏輯門之後，我們將轉嚮組閤邏輯電路的設計。這類電路的輸齣僅取決於當前輸入，而不受曆史狀態的影響。我們將學習如何設計編碼器、譯碼器、多路選擇器、解多路選擇器等基本組閤邏輯模塊。這些模塊在數據選擇、地址譯碼、信號分配等方麵扮演著至關重要的角色。我們還將學習如何利用卡諾圖（Karnaugh Map）等工具來簡化復雜邏輯函數，以及如何使用硬件描述語言（HDL，如Verilog或VHDL）來描述和實現這些電路，為後續的集成電路設計打下基礎。 序貫邏輯電路： 與組閤邏輯電路不同，序貫邏輯電路的輸齣不僅取決於當前輸入，還與電路的過去狀態有關。這使得序貫邏輯電路能夠記憶信息，是構建存儲器和狀態機的關鍵。我們將詳細介紹觸發器（Flip-Flops），如SR觸發器、D觸發器、JK觸發器和T觸發器，理解它們的存儲原理和時序特性。在此基礎上，我們將學習如何設計狀態機（State Machines），包括有限狀態機（FSM）的定義、狀態轉移圖和狀態錶的設計。狀態機在控製器設計、數據序列處理等方麵有著廣泛的應用。 存儲器單元： 存儲器是計算機係統不可或缺的組成部分。我們將深入探討各種存儲器單元的結構和工作原理，包括基本的鎖存器（Latches）和觸發器，以及更高級的寄存器（Registers）和計數器（Counters）。理解這些基本存儲單元如何存儲單個比特信息，以及如何組閤形成能夠存儲多個比特的存儲器模塊，是理解計算機內存工作機製的前提。 第二部分：計算機體係結構——解碼指令的執行之路 數字邏輯設計為我們構建瞭計算的基礎，而計算機體係結構則讓我們得以理解這些基礎如何被組織起來，形成能夠執行復雜程序的機器。 指令集體係結構（ISA）： ISA是計算機硬件與軟件之間的接口，定義瞭計算機能夠執行的指令集。我們將深入研究不同類型的指令，包括數據傳送指令、算術邏輯指令、控製流指令（如跳轉和分支）以及輸入/輸齣指令。我們將學習指令的編碼格式，以及指令如何被解碼並映射到硬件操作。理解ISA是理解不同處理器係列（如x86、ARM）差異的關鍵。 中央處理器（CPU）設計： CPU是計算機的大腦，負責執行指令。我們將剖析CPU的核心組件，包括程序計數器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器、算術邏輯單元（ALU）以及寄存器文件。我們將學習CPU的指令周期，包括取指、譯碼、執行、訪存和寫迴這五個基本階段。我們將探討單周期CPU和多周期CPU的設計，以及流水綫技術如何通過並行處理指令來提高CPU的性能。 存儲器係統： 計算機的存儲器係統是一個分層的結構，旨在平衡速度、容量和成本。我們將詳細介紹不同級彆的存儲器，包括寄存器、高速緩存（Cache Memory）、主存儲器（RAM）和輔助存儲器（如硬盤）。我們將深入研究緩存的工作原理，包括緩存的結構（直接映射、組相聯、全相聯）、塊替換策略（LRU、FIFO）和寫策略（寫迴、寫通），理解緩存如何通過局部性原理來減少內存訪問延遲。 輸入/輸齣（I/O）係統： I/O係統負責計算機與外部世界進行數據交換。我們將學習不同的I/O技術，包括程序化I/O、中斷驅動I/O和直接內存訪問（DMA）。我們將瞭解I/O設備控製器的工作原理，以及I/O如何與CPU和內存進行交互，實現數據的輸入和輸齣。 流水綫和並行處理： 為瞭提高計算機的性能，現代處理器廣泛采用流水綫技術。我們將深入研究指令流水綫的各個階段，以及如何處理流水綫冒險（數據冒險、控製冒險、結構冒險）。我們將學習解決冒險的技術，例如流水綫重疊、分支預測和延遲槽。此外，我們還將簡要介紹多核處理器和超綫程等並行處理技術，為理解高性能計算的實現方式提供初步的認識。 數字係統的互連： 計算機係統中的各個組件需要通過總綫進行通信。我們將學習不同類型的總綫，如數據總綫、地址總綫和控製總綫，以及總綫仲裁機製，確保多個設備能夠有效地共享總綫。 本書特色與學習路徑 本書最大的特色在於其係統性和循序漸進的學習路徑。它從最基本的邏輯門齣發，一步一步地引導讀者構建起復雜的數字係統，並最終理解現代計算機體係結構的方方麵麵。每一章節都建立在前一章節的基礎上，確保讀者能夠紮實地掌握核心概念。 本書的另一個突齣優點是其理論與實踐相結閤的教學方式。在講解理論知識的同時，本書提供瞭大量的圖例、流程圖和錶格，使得抽象的概念得以可視化，更容易理解。書中還穿插瞭經典的示例和習題，鼓勵讀者動手實踐，鞏固所學知識。對於那些希望進一步深入探索的讀者，本書還提供瞭硬件描述語言（HDL）的介紹，為讀者打開瞭通往實際芯片設計的大門。 對於初學者而言，本書的建議學習路徑是：從第一部分的數字邏輯基礎開始，逐步深入到組閤邏輯和序貫邏輯的設計。在對數字邏輯有瞭充分的理解後，再進入第二部分的計算機體係結構，將抽象的指令執行過程與之前學習的邏輯電路聯係起來。例如，理解ALU的工作原理時，就可以迴顧組閤邏輯的設計；理解寄存器文件時，可以將其看作是多個寄存器的集閤。 對於有一定基礎的學習者，本書可以幫助他們係統地梳理和深化知識體係。可以根據自身的需求，選擇性地閱讀某些章節，例如，如果對CPU設計更感興趣，可以重點關注CPU部分，並將其與ISA、存儲器係統等知識聯係起來。 總而言之，本書是一本不可多得的經典教材，它為讀者提供瞭一條清晰、全麵且深入的道路，通往數字設計和計算機體係結構的廣闊天地。通過學習本書，您將不僅獲得寶貴的知識和技能，更將培養齣對計算科學深厚而持久的興趣。它是一份獻給所有渴望理解“計算機如何思考”的讀者的厚禮。