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For Computer Science and Engineering courses in logic and digital design at the sophomore/junior level. Featuring a strong emphasis on the fundamentals underlying contemporary logic design using hardware description languages, synthesis, and verification, this book focuses on the ever-evolving applications of basic computer design concepts with strong connections to real-world technology.

《数字系统设计与计算机架构：从布尔代数到高性能处理器》 本书简介 本教材旨在为读者提供一个全面且深入的数字系统设计与计算机体系结构的学习路径。它不仅仅是一本介绍硬件基础知识的入门读物，更是一本侧重于连接理论基础与现代计算系统实现的权威指南。全书结构严谨，内容涵盖了从最基本的逻辑门电路到复杂的多核处理器设计原理的完整知识体系。 第一部分：数字逻辑基础与组合电路设计 本部分从最基本的数学工具——布尔代数开始，为后续的硬件设计打下坚实的理论基础。我们将详细阐述开关代数、逻辑函数的简化方法，包括卡诺图（Karnaugh Maps）和更通用的Quine-McCluskey方法。 接着，读者将深入研究组合逻辑电路的设计与实现。我们详尽地介绍了各种基本逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）及其集成电路（IC）系列，特别是TTL和CMOS技术的特性与应用。重点讨论了多路选择器（Multiplexers）、译码器（Decoders）、编码器（Encoders）以及加法器（Adders）的设计，这些都是构建任何算术逻辑单元（ALU）的基础模块。对于更复杂的算术运算，本书将专门开辟章节介绍带进位传播的先行加法器（Carry-Lookahead Adders）的设计原理，强调速度优化的重要性。 第二部分：时序逻辑、状态机与存储器结构 在掌握了组合逻辑之后，本书无缝过渡到时序逻辑电路。我们将深入剖析基本存储元件：锁存器（Latches）和触发器（Flip-Flops）（包括SR, JK, D, T型），并详细分析它们在时钟边沿（Edge-Triggered）下的工作特性，以及亚稳态（Metastability）的产生和避免。 状态机的设计是硬件实现控制逻辑的核心。本书采用Mealy和Moore两种模型，通过实例全面展示有限状态机（FSM）的分析、综合与状态图的绘制。读者将学习如何使用寄存器传输级（Register-Transfer Level, RTL）描述语言来建模和仿真这些控制单元。 此外，存储器的结构和层次结构是理解计算机性能的关键。本部分详细介绍了SRAM和DRAM的工作原理，并深入探讨了高速缓存（Cache Memory）的组织方式——包括直接映射、全相联和组相联映射策略。缓存的写回/写穿透（Write-Back/Write-Through）协议以及地址命中、未命中处理机制将被详尽解析。 第三部分：数据通路与指令集架构（ISA） 本部分是连接底层硬件与上层软件的桥梁。我们首先定义了指令集架构（ISA）的概念，探讨了指令的格式、寻址模式（Addressing Modes）以及操作码的设计原则。RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）的设计哲学将被对比分析，重点关注现代处理器如何平衡这两者的优点。 随后，本书将焦点转移到数据通路（Datapath）的设计。读者将学习如何使用RTL描述来构建一个能执行基本算术和逻辑操作的硬件结构。这包括ALU的设计细节、通用寄存器堆（Register File）的实现，以及数据在这些单元之间流动的控制逻辑。我们将通过一个简化的、单周期（Single-Cycle）处理器的设计实例，清晰地展示指令的获取、译码、执行和写回的全过程。 第四部分：处理器控制与流水线技术 为了突破单周期设计的性能瓶颈，本书将深入讲解指令流水线（Instruction Pipelining）。我们将详细剖析五级流水线（取指、译码、执行、访存、写回）的结构，并着重讨论流水线中的核心挑战：数据依赖、控制依赖（分支预测）以及结构冲突。 针对这些冲突，本书提供了详尽的解决方案，包括：数据前递（Data Forwarding/Bypassing）技术，用于解决RAW依赖；以及分支预测与暂停/冲刷（Stall/Flush）机制，用于处理控制流的不确定性。读者将通过对乱序执行（Out-of-Order Execution）基本概念的介绍，窥见现代高性能CPU的设计思路。 第五部分：互连、总线与输入/输出系统 一个独立的处理器需要有效的I/O机制才能与外部世界通信。本部分讨论了系统总线的结构，包括地址、数据和控制信号的时序交互。我们将分析仲裁（Arbitration）机制，如轮询和链式仲裁，以管理多个设备对总线的共享访问。 输入/输出系统（I/O Subsystems）的效率至关重要。本书将介绍中断驱动I/O、直接内存访问（DMA）的工作流程，以及I/O设备接口的设计标准。这些内容帮助读者理解，为何即使拥有极快的CPU，系统整体性能仍可能受限于低效的I/O子系统。 第六部分：硬件描述语言（HDL）与现代设计流程 为了应对日益复杂的系统规模，硬件设计已高度依赖专业工具。本书的最后一部分将介绍硬件描述语言（HDL）在系统实现中的核心地位。我们将侧重于VHDL或Verilog（具体取决于选择的侧重点）的基本语法结构，展示如何使用HDL来描述组合逻辑、时序逻辑以及更抽象的RTL模型。 通过对综合（Synthesis）和布局布线（Place and Route）流程的概述，读者将了解HDL代码如何被转换为可制造的门级网表，最终映射到现场可编程门阵列（FPGA）或专用集成电路（ASIC）中。这部分强调了设计验证（Verification）和测试平台（Testbench）编写的重要性，确保所设计硬件的正确性和可靠性。 本书内容组织逻辑清晰，案例丰富且贴近工程实践，是计算机工程、电子工程以及软件工程专业学生深入理解计算机硬件工作原理的理想教材。它不仅教授“如何构建”一个数字系统，更旨在阐明“为何”以特定的方式进行设计，从而培养读者进行高性能、高可靠性硬件设计的思维框架。

评分☆☆☆☆☆

這本《Logic & Computer Design Fundamental 3/e》真的讓我在電腦硬體設計的世界裡，像個初次探索的冒險家一樣，找到了方向。我當時對電腦內部到底是如何運作的，一直充滿了好奇。這本書就好像一本精心繪製的地圖，從最基本的邏輯元件開始，一步步帶我深入到更複雜的電腦架構。它對於數位系統的設計原理，有著非常清晰且系統性的闡述。我特別喜歡書中對於各種電路的模擬和驗證的講解，像是時序圖、狀態圖等，這些工具的運用讓原本有些抽象的理論，變得更加具體可感。我還記得有一章節，講述了微處理器的工作流程，那簡直讓我驚為天人，原來我們日常使用的電腦，內部是這樣精密地運作著。雖然有些地方確實需要花點時間去消化，尤其是後面的章節，但只要耐心跟著書中的脈絡走，你會發現自己對於電腦硬體架構的理解，真的會提升到一個全新的層次。這本書的優點在於它的嚴謹性和廣泛性，對於想要深入了解電腦「心臟」運作原理的人來說，絕對是一本不可或缺的工具書。

评分☆☆☆☆☆

這本《Logic & Computer Design Fundamental 3/e》是我在大學時期，一本讓我又愛又恨的書。愛的是它紮實的內容和循序漸進的教學方式，恨的是它的難度確實不小，需要投入大量的時間和精力去鑽研。書中對於組合邏輯和序向邏輯的講解，我認為是相當出色的。它從最簡單的與非門、或非門開始，逐步引導讀者進入到更複雜的邏輯電路設計，例如加法器、減法器、解碼器、編碼器等等。我特別欣賞書中對於這些基本模組的設計思路和優化方法的探討，這讓我意識到，即使是簡單的電路，也蘊含著許多巧妙的設計智慧。而當書中進入到狀態機和微處理器架構的部分時，更是讓我感覺像是在探索一個全新的世界。它讓我看到了硬體是如何一步步實現複雜功能的，例如指令的解讀、數據的傳輸、寄存器的操作等等。這本書的優點在於它的全面性和專業性，對於真正想要深入了解電腦硬體設計的學生來說，這絕對是一本不可多得的寶藏。

评分☆☆☆☆☆

喔，這本《Logic & Computer Design Fundamental 3/e》真的是經典中的經典！我當初為了準備大學部的數位邏輯課程，找了好久才找到這本。翻開第一頁，就有一種紮實的感覺。它的內容編排非常循序漸進，從最基礎的邏輯閘、布林代數開始，一路講到狀態機、微處理器架構。書中的例題和習題設計都相當有深度，而且不會讓你覺得枯燥乏味。很多時候，解題的過程就像是在解開一個個有趣的謎題，能讓人深刻理解每一個概念的來龍去脈。我記得有一次卡在某個同步電路設計，反覆看了書中的幾個範例，然後又試著自己動手畫圖、驗證，終於豁然開朗。這本書的優點在於它不只教你「怎麼做」，更重要的是讓你理解「為什麼要這麼做」。它的圖形化解釋非常直觀，很多抽象的概念，透過書中的圖示，都能變得非常容易理解。我強烈推薦給所有對數位邏輯、電腦硬體架構有興趣的學生，或者是有志於從事相關領域的工程師，這絕對是一本可以讓你打下扎實基礎的入門與進階聖經。它教會我的不只是知識，更是一種解決問題的思考模式。

评分☆☆☆☆☆

對於《Logic & Computer Design Fundamental 3/e》，我的感受只能用「扎實」來形容。這是一本你絕對不能只看不練的書。書中的內容涵蓋了從基礎邏輯運算到複雜的系統設計，每一個環節都環環相扣，讓你不得不佩服作者的功力。我記得在學習除法器的部分，書中提供的設計方法，簡直就是一種藝術。它不只是告訴你怎麼做，更解釋了背後的原理，以及不同設計方法的優劣。這讓我對硬體設計有了更深刻的理解，不再是死記硬背，而是真正地理解了每一個電路模組的用途和意義。書中的圖解和示意圖都畫得非常清楚，對於理解那些複雜的時序和控制信號非常有幫助。我曾經花了好幾個晚上，對著書中的一個範例，自己動手畫電路圖，並用軟體模擬驗證，最終成功運行起來的成就感，是無法言喻的。這本書的優點在於它能夠培養你的邏輯思維能力，讓你能夠從根本上理解電腦硬體的工作原理。

评分☆☆☆☆☆

說實話，《Logic & Computer Design Fundamental 3/e》這本書，我當初是因為它的封面設計才被吸引的。感覺很有科技感，又帶點神秘。拿到手後，才發現它的內容更是驚為天人。我之前對電腦的理解，僅停留在軟體層面，對硬體內部是如何協同工作，一直是一知半解。這本書就像一道光，照亮了我對電腦硬體世界的迷茫。它從最底層的邏輯閘開始，由淺入深地介紹了各種數位電路的設計原理和應用。我最印象深刻的是，書中對於有限狀態機的講解，非常到位，讓我理解了如何設計能夠記憶和響應狀態的電路。而且，書中的習題也很有趣，有時候會出一些模擬真實世界問題的設計挑戰，讓我感覺像是在扮演一個真正的電路設計師。雖然有些數學公式和邏輯符號看起來會有點嚇人，但只要你願意花時間去理解，你會發現它們都是解決問題的利器。這本書不僅僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的導師，引導我一步步解開電腦硬體的奧秘。