计算机组织与结构 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 计算机组成原理
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• 流水线
• Cache
• 指令集

　　本书涵盖计算机结构中所有核心主题，每一主题基础理论与实际设计并重，且将计算机结构与其他计算机系统设计领域之联系，阐述得淋漓尽致！精选的章尾习题更有助于读者深入了解所涵盖的内容。本书内容包含七大部份：背景与缘起、指令集架构、算数∕逻辑单元、资料路径与控制、记忆体系统设计、输入/输出与介面及进阶架构，涵盖了计算机结构中所有的核心主题，提供读者对此领域一个平衡且完备的观点。本书适用于大学、科大电子、资工系「计算机组织」、「计算机结构」之课程。

本书特色

1 . 涵盖计算机结构中所有核心主题，每一主题基础理论与实际设计并重。
2 . 将计算机结构与其他计算机系统设计领域之联系，阐述得淋漓尽致。
3 . 每章的内容均设计为具有承先启后功能的单元，便于教学。
4 . 精选的章尾习题有助于深入了解所涵盖的内容。
5 . 全书中所用的符号表示与专业术语均保持一致。

好的，这是一份关于一本名为《数字逻辑设计与EDA实践》的图书简介，旨在详细介绍其内容，同时确保不提及《计算机组织与结构》中的任何知识点，并且内容自然流畅，符合专业书籍的风格。 《数字逻辑设计与EDA实践》 内容简介 本书聚焦于现代数字系统的核心——数字逻辑设计，并深入结合当前主流的电子设计自动化（EDA）工具进行实践教学。本书旨在为读者构建一座从底层逻辑理论到复杂系统实现的桥梁，不仅教授如何理解和设计基本的布尔逻辑电路，更强调如何利用业界标准工具链将设计转化为可验证、可部署的硬件描述。 全书内容组织严谨，层层递进，覆盖了数字电路设计的基础原理、硬件描述语言（HDL）的精髓，以及现代ASIC与FPGA设计流程的完整链条。 第一部分：数字逻辑基础与基本单元 本部分是构建后续复杂电路的基础。我们首先从最基础的逻辑代数和布尔函数入手，系统梳理了组合逻辑电路和时序逻辑电路的基本概念与分析方法。 组合逻辑电路： 详细介绍了各种门电路（如AND、OR、NAND、NOR、XOR）的特性及其在实际应用中的注意事项。重点讲解了卡诺图（Karnaugh Map）的化简方法、多变量函数的最小项和最大项表示，以及使用Quine-McCluskey算法进行系统化化简的步骤。针对实际应用，深入分析了译码器、编码器、数据选择器（MUX）和数据分配器（DEMUX）的原理与应用场景，特别是在数据路由和选择控制中的作用。此外，半加器、全加器、串行加法器和并行加法器的设计，为算术逻辑单元（ALU）的构建奠定了基础。 时序逻辑电路： 引入了存储元件的概念，从基本的锁存器（Latch）出发，过渡到更稳定的触发器（Flip-Flop），包括SR、D、JK和T型触发器。深入剖析了它们的时序特性，如建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）。在此基础上，详细阐述了寄存器组、数据锁存和多路复用器在数据暂存中的应用。随后，本书转向序列电路的设计，系统介绍了同步和异步时序系统的建模、状态图和状态表的绘制，以及如何利用状态最小化技术优化有限状态机（FSM）。摩尔（Mealy）型和米利（Moore）型FSM的设计实例贯穿始终，确保读者能够熟练处理状态机的复杂控制逻辑。 第二部分：硬件描述语言（HDL）与行为建模 随着系统复杂度的提升，直接使用逻辑门级电路进行设计变得不切实际。本部分引入了硬件描述语言，作为描述硬件结构和行为的强大工具。本书以VHDL和Verilog HDL（重点讲解Verilog）为载体，教授如何用高级抽象的语言描述硬件。 Verilog HDL核心： 从语法结构开始，详细讲解了模块定义、端口连接、数据类型（如`reg`和`wire`的区别）、运算符优先级。重点区分了组合逻辑和时序逻辑在HDL中的建模差异，强调使用`always`块和`assign`语句的不同适用场景。对于组合逻辑，要求使用赋值语句描述即可实现综合优化；对于时序逻辑，则必须使用同步时钟边沿触发的描述方式。 结构级与行为级建模： 结构级描述侧重于实例化和连接已有的逻辑单元（如门级或子模块），展示了如何搭建模块化的层次化设计。行为级建模则侧重于算法的描述，通过流程控制语句（如`if-else`、`case`）来描述电路的功能，这是实现高速、复杂算法的关键。本书提供了大量的代码示例，演示如何将数学公式或算法逻辑直接转换为等效的硬件结构。 高级特性与时序控制： 深入探讨了Verilog的并发结构和过程块，特别是如何精确控制信号的延迟和系统时序。重点讲解了如何利用`fork/join`进行并行仿真，以及如何使用`initial`块设置仿真初始条件。 第三部分：数字系统实现与EDA流程 本部分是连接设计与物理实现的关键，详细介绍了现代数字芯片设计（针对FPGA和ASIC）的完整流程，并以主流EDA工具链（如Xilinx Vivado或Intel Quartus Prime）的使用方法为主线。 综合（Synthesis）： 解释了综合的本质——将抽象的HDL代码转换为逻辑门级网表的过程。详细讲解了设计约束（Constraints）的重要性，如时钟定义、I/O延迟等，以及这些约束如何指导综合工具优化设计，以满足性能指标。 映射与布局布线（Place & Route）： 深入分析了物理实现阶段。布局（Placement）是将逻辑单元映射到目标器件的物理资源上，布线（Routing）则是连接这些单元的逻辑路径。本章强调了时序收敛（Timing Closure）在布局布线中的核心地位，并解释了静态时序分析（STA）报告的解读方法，如何识别和修复建立时间违例（Setup Violation）和保持时间违例（Hold Violation）。 仿真与验证： 验证是数字设计中耗时最长的部分。本书强调了功能验证的重要性，介绍了基于波形观察（如GTKWave）和基于测试平台（Testbench）的激励生成方法。详细阐述了如何编写结构化的测试平台，实现自动化的激励输入和结果比对，确保设计在所有预定工作条件下均能正确运行。 FPGA特定设计考量： 针对现场可编程门阵列（FPGA）的特点，本书专门开辟章节讲解如何高效利用片上资源，如锁相环（PLL/MMCM）的时钟管理、高速收发器（Transceiver）的初始化配置，以及如何设计高效的分布式RAM和块RAM（BRAM）。 第四部分：核心模块设计实例 本部分通过具体的、工业界常见的复杂模块设计，巩固前三部分学到的知识。 数据通路与控制单元分离设计： 以一个简化的流水线处理器的数据通路（包括寄存器堆、ALU接口）和控制逻辑（FSM驱动）为例，展示了如何清晰地分离数据处理部分和控制时序部分，这是设计高效数字系统的关键原则。 高性能运算模块： 涵盖了循环移位寄存器（Barrel Shifter）的结构设计、乘法器（如Booth算法的硬件实现）的流水线优化，以及快速傅里叶变换（FFT）的蝶形运算单元（Butterfly Unit）的HDL描述与优化。 片上通信接口基础： 介绍了常用的同步串行通信协议，如SPI和I2C的控制器设计，包括状态机的实现和时序控制，使读者能够设计出用于与外部传感器或存储器交互的逻辑模块。 本书的特点在于理论与实践的紧密结合，所有重要的设计概念都配有详尽的EDA工具操作指导和实际代码案例，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”，从而具备独立进行复杂数字系统设计和验证的能力。

PART 1 背景与缘起
1.   组合数位电路 3
1.1　讯号、逻辑操作、逻辑闸 3
1.2　布林函数及运算式 6
1.3　设计逻辑闸电路系统 8
1.4　有用的组合部件 11
1.5　可程式化的组合部件 13
1.6　时间与电路考量 15
习　题 17
参考书目与进阶读物 20
2. 拥有记忆能力的数位电路 21
2.1　闩锁、正反器、暂存器 21
2.2　有限状态机 23
2.3　设计序向电路 25
2.4　有用的序向部件 27
2.5　可程式化的序向部件 30
2.6　事件的时脉与时间 31
习　题 33
参考书目与进阶读物 36
3. 计算机系统技术 37
3.1　从组件到应用 38
3.2　计算机系统与其部件 40
3.3　世代的进展 43
3.4　处理器与记忆体技术 47
3.5　周边、I/O、通讯 49
3.6　软体系统与应用程式 52
习　题 53
参考书目与进阶读物 55
4. 计算机效能 57
4.1　成本、效能、与成本∕效能 57
4.2　定义计算机效能 60
4.3　效能增益与Amdahl定律 63
4.4　效能度量vs效能模型 65
4.5　计算机效能报告 70
4.6　更高效能的探索 72
习　题 74
参考书目与进阶读物 77

PART 2 指令集架构
5. 指令与定址 81
5.1　硬体的抽象观点 81
5.2　指令格式 84
5.3　简单的算数与逻辑指令 87
5.4?载入与储存指令 88
5.5　跳跃与分支指令 90
5.6　定址模式 94
习　题 97
参考书目与进阶读物 99
6. 程序与资料 101
6.1　简单的程序唿叫 101
6.2　使用堆叠来储存资料 104
6.3　参数与运算结果 106
6.4　资料型别 108
6.5　阵列与指标 111
6.6　其他的指令 115
习　题 119
参考书目与进阶读物 121
7. 组合语言程式 123
7.1　机器与组合语言 123
7.2　组译器命令 125
7.3　假指令 128
7.4　巨集指令 130
7.5　连结与载入 132
7.6　执行组译器程式 133
习　题 136
参考书目与进阶读物 138
8. 指令集的各种样貌 139
8.1　复杂指令 140
8.2　其他的定址模式 141
8.3　指令格式的各种型态 145
8.4　指令集设计与演进 146
8.5　RISC/CISC的分野 148
8.6 界线要画在哪 150
习　题 153
参考书目与进阶读物 155

PART 3 算数∕逻辑单元
9. 数字表示法 159
9.1　进位系统 159
9.2　数字集合与编码 162
9.3　数字进位转换 165
9.4　有号整数 166
9.5　定点数 169
9.6　浮点数 171
习　题 173
参考书目与进阶读物 176
10. 加法器与简单的ALU 177
10.1　简单的加法器 177
10.2　进位传递网路 179
10.3　计数与递增 182
10.4　设计快速的加法器 183
10.5　逻辑与位移操作 186
10.6　多功能的ALU 189
习　题 191
参考书目与进阶读物 194
11. 乘法器与除法器 195
11.1　位移-加法乘法 196
11.2　硬体乘法器 199
11.3　用程式撰写乘法 201
11.4　位移-减法除法 204
11.5　硬体除法器 207
11.6　用程式撰写除法 210
习　题 212
参考书目与进阶读物 215
12. 浮点数算数 217
12.1　舍入模式 217
12.2　特殊值与例外 221
12.3　浮点数加法 224
12.4　其他的浮点数操作 226
12.5　浮点数指令 227
12.6　运算结果的精确度与误差 231
习　题 234
参考书目与进阶读物 237

PART 4 资料路径与控制
13. 指令执行步骤 241
13.1　一个小型的指令集合 242
13.2　指令执行单元 244
13.3　单週期的资料路径 245
13.4　分支与跳跃 247
13.5　产生控制讯号 247
13.6　单週期设计的效能 250
习　题 252
参考书目与进阶读物 254
14. 控制单元构成 255
14.1　多週期的实作 256
14.2　时脉週期与控制讯号 258
14.3　控制状态机 260
14.4　多週期设计的效能 262
14.5　微程式设计 264
14.6　例外处理 267
习　题 269
参考书目与进阶读物 271
15. 管线化的资料路径 273
15.1　管线化的概念 274
15.2　管线推迟或气泡 276
15.3　管线时脉与效能 279
15.4　管线化资料路径设计 282
15.5　管线化控制 284
15.6　最佳化管线 285
习　题 288
参考书目与进阶读物 290
16. 管线效能的限制 291
16.1　资料相依与危障 291
16.2　资料转送 294
16.3　管线分支危障 296
16.4　分支预测 297
16.5　进阶管线化 299
16.6　管线中的例外 302
习　题 303
参考书目与进阶读物 306

PART 5 记忆体系统设计
17 主记忆体的概念 309
17.1　记忆体结构与SRAM 309
17.2　DRAM与更新週期 312
17.3　记忆体屏障 315
17.4　管线化与交错式记忆体 317
17.5　非挥发性记忆体 319
17.6　记忆体阶层的需求 320
习　题 323
参考书目与进阶读物 325
18. 快取记忆体的组织 327
18.1　快取的需求 327
18.2　是什么让快取运作？ 330
18.3　直接映射的快取 332
18.4　集合关连式快取 334
18.5　快取与主记忆体 336
18.6　改善快取效能 338
习　题 340
参考书目与进阶读物 343
19. 巨量记忆体的概念 345
19.1?磁碟记忆体的基础概念 346
19.2　磁碟上的资料组织 348
19.3　磁碟效能 351
19.4　磁碟快取 352
19.5　磁碟阵列与RAID 353
19.6　其他种类的巨量记忆体 357
习　题 359
参考书目与进阶读物 362
20. 虚拟记忆体与分页 363
20.1　虚拟记忆体的需求 364
20.2　虚拟记忆体中的位址转译 365
20.3　转译备用缓冲区 368
20.4　分页置换策略 371
20.5　主记忆体与巨量记忆体 374
20.6　改善虚拟记忆体效能 375
习　题 378
参考书目与进阶读物 380

PART 6 输入/输出与介面
21. 输入/输出装置 383
21.1　输入/输出装置及其控制器 383
21.2　键盘与滑鼠 385
21.3　视觉显示单元 387
21.4　硬复制输入/输出装置 390
21.5　其他输入/输出装置 394
21.6　输入/输出装置的网路 396
习　题 398
参考书目与进阶读物 401
22. 输入/输出规划 403
22.1　I/O效能与评估标准 403
22.2　输入/输出的定址 405
22.3　排程式的I/O：轮询机制 408
22.4　需求导向式的I/O：中断机制 409
22.5　I/O资料传输与DMA 410
22.6　提升I/O的效能 413
习　题 417
参考书目与进阶读物 420
23. 汇流排、连结、介面 423
23.1　系统内与系统间连结 423
23.2　汇流排与其吸引力 427
23.3　汇流排通讯协定 429
23.4　汇流排仲裁与效能 431
23.5　介面连接的基础概念 434
23.6　介面连接标准 435
习　题 438
参考书目与进阶读物 441
24. 工作区切换与中断 443
24.1　进行I/O的系统唿叫 443
24.2　中断、例外、与陷阱 445
24.3　简单的中断处理 447
24.4　巢状中断 450
24.5　工作区切换的种类 451
24.6　执行绪与多绪执行 454
习　题 455
参考书目与进阶读物 457

PART 7 进阶架构
25. 迈向高效能之路 461
25.1　过往与现今的效能趋势 461
25.2　效能导向的ISA扩充 464
25.3　指令层级的平行化 467
25.4　测度与数值预测 470
25.5　特殊用途硬体加速器 473
25.6　向量、阵列与平行处理 475
习　题 478
参考书目与进阶读物 481
26. 向量与阵列处理 483
26.1　向量上的操作 484
26.2　向量处理器实作 486
26.3　向量处理器的效能 490
26.4　共用控制系统 492
26.5　阵列处理器实作 493
26.6　阵列处理器效能 495
习　题 496
参考书目与进阶读物 499
27. 共用记忆体多重处理 501
27.1　集中式共用记忆体 501
27.2　多重快取与快取统一性 505
27.3　实作对称式多处理器 507
27.4　分散式共用记忆体 510
27.5　指引资料存取的目录 512
27.6　实作非对称式多处理器 514
习　题 516
参考书目与进阶读物 519
28. 分散式多重运算 521
28.1　透过讯息传递的通讯 521
28.2　互连网路 525
28.3　讯息构成与绕送 527
28.4　建造并使用多重计算机 530
28.5　以网路为基础的分散式运算 532
28.6　网格运算与前景 534
习　题 536
参考书目与进阶读物 539

评分☆☆☆☆☆

對於很多剛開始接觸電腦科學的學生來說，《電腦組織與結構》可能聽起來有點讓人卻步，彷彿是學程式設計前必須跨越的一道高牆。但老實說，我強烈推薦所有對電腦運作原理有好奇心的朋友都來翻翻這本書。我記得我第一次拿起它時，確實被那些密密麻麻的術語和圖表嚇到了，但作者的敘述方式非常平易近人，他總是能把非常複雜的概念，用很生活化的比喻來解釋。像是他講到快取記憶體時，就比喻成辦公桌上的常用文件，而主記憶體則是書櫃裡的書籍，這樣一來，快取命中率的概念就變得一目了然。書中還探討了效能評估的各種指標，像是MIPS、FLOPS等等，以及影響這些指標的因素，這對我這個常常需要比較不同硬體效能的人來說，提供了非常有價值的理論基礎。我特別喜歡書中關於指令流水線的章節，作者透過一個生動的例子，讓我理解了如何透過並行處理來大幅提升CPU的執行效率，這個概念對我日後學習並行計算和高性能計算打下了很好的基礎。這本書的結構安排也很棒，從抽象的邏輯運算，到具體的硬體架構，循序漸進，一點都不會讓人覺得跳躍。

评分☆☆☆☆☆

老實說，我對這本《電腦組織與結構》的評價，簡直是讚不絕口！這本書的深度和廣度都令人驚嘆，它不僅涵蓋了電腦硬體的基本組成，更觸及了許多先進的概念。我原本以為這類書籍會很枯燥，但作者的寫作風格卻充滿了邏輯性和條理性，讓我讀起來一點都不會感到疲憊。我特別喜歡書中對於不同類型的電腦架構的比較分析，像是那個關於向量處理器和標量處理器的對比，讓我對不同計算模式的優勢和劣勢有了清晰的認識。還有，書中對於數位邏輯設計的講解，從基本邏輯閘到複雜的組合電路、時序電路，都講得非常細緻，這讓我對電腦的運算核心有了更深層次的理解。另外，讓我印象深刻的還有關於程式編譯和連結的章節，它詳細闡述了原始碼如何一步步轉變成可執行檔，以及在記憶體中是如何被載入和執行的，這對於理解程式的運行機制非常有幫助。總之，這本書不僅適合電腦科學的學生，也適合任何想要深入了解電腦內部運作的專業人士，絕對是一本值得放在書架上的必備參考書。

评分☆☆☆☆☆

這本《電腦組織與結構》絕對是那種「一次讀懂，終身受益」的經典之作。我從事軟體開發多年，但一直以來，對底層架構的理解都有些模糊。總覺得自己只是在堆砌程式碼，而沒有真正掌握電腦的「靈魂」。這本書的出現，就像及時雨。它讓我明白，為什麼某些演算法在特定硬體上表現優異，而有些則不然。書中對於指令層面的講解，讓我理解了軟體指令是如何被翻譯成機器語言，又是如何被CPU一步步執行的。尤其是關於虛擬記憶體的討論，我之前一直以為它只是個「讓程式看起來有更多記憶體」的奇妙功能，但看完這本書，我才明白它背後涉及了分頁、分段、快取等一系列複雜的機制，並且對系統的整體效能有著至關重要的影響。我也學到了很多關於輸入輸出系統的知識，像是中斷、DMA（直接記憶體存取）這些概念，讓我能更深入地理解程式如何與外部設備互動，以及如何優化I/O操作的效率。總之，這本書讓我從一個只會寫程式碼的「使用者」，變成了一個更能理解程式與硬體之間互動的「架構師」。

评分☆☆☆☆☆

不得不說，這本《電腦組織與結構》真的是我近年來讀過最紮實、也最讓我獲益匪淺的技術書籍之一。我本身是做硬體測試的，平常接觸的都是各種零件的規格和效能數據，但對於這些零組件是如何協同工作、如何構成一個完整系統，總是有種隔閡感。這本書填補了我知識上的這個大洞。它從最底層的電路設計開始，逐步深入到中央處理器、記憶體、輸入輸出設備的組織架構。書中那些圖示和流程圖，畫得非常清晰，即使是對於像我這樣非資訊工程本科的讀者，也能快速掌握核心概念。例如，書中關於匯流排的講解，讓我明白了不同硬體之間是如何傳遞資料的，以及為什麼資料傳輸的速度會受到匯流排寬度和頻寬的限制。還有那關於作業系統如何管理硬體資源的章節，更是讓我恍然大悟，原來我們日常使用的各種軟體，背後都需要這麼複雜的機制來協調。最令我印象深刻的是，作者在介紹不同架構（像是RISC和CISC）時，不僅列出了它們的技術特點，還深入分析了它們在實際應用中的優缺點，這讓我對未來的硬體發展有了更宏觀的認識。

评分☆☆☆☆☆

哇！這本《電腦組織與結構》真的讓我大開眼界，尤其是在我正苦惱於程式設計瓶頸的時候。以前寫程式，總覺得自己像是個蒙著眼走路的工匠，照著前人的圖紙敲敲打打，卻不明白為什麼某些結構能跑得飛快，而另一些卻像烏龜一樣慢吞吞。這本書就像一把火炬，瞬間照亮了電腦內部運作的奧秘。從一開始的邏輯閘、布林代數，我就感覺自己像個小偵探，一步步解開電腦最基礎的秘密。看到那些二進位、十六進位的轉換，以前覺得枯燥無味，現在卻成了理解電腦思考方式的關鍵。最讓我驚豔的是關於CPU的章節，那深入淺出的講解，讓我終於明白指令集、暫存器、快取記憶體這些名詞背後的實際運作。以前我只知道CPU很重要，但不知道它到底有多重要，也不知道它如何像個超級大腦一樣指揮整個電腦系統。現在，我能更清晰地想像出指令如何在CPU裡被解碼、執行，這個過程真是既精妙又令人讚嘆。甚至連記憶體管理的部分，也從原本讓我頭痛的問題，變成了一個我能理解、甚至開始思考如何優化的面向。我真的覺得，這本書不只是介紹電腦的結構，更是教我如何「讀懂」電腦的語言。