逻辑与计算机设计 3/e pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 计算机组成原理
• 数字逻辑设计
• 计算机体系结构
• 逻辑设计
• 计算机硬件
• 汇编语言
• Verilog
• 计算机系统
• 数字电路
• MIPS架构

•本书主要透过许多浅显易懂的范例，加强逻辑设计的基本观念

　　•本书不需要先修课程，可经由提供的范例，自主学习逻辑设计的概念。

　　•本书最后一章，特别汇编出精简版的Verilog数位电路描述语言，借由经典的范例，提供读者使用Verilog语言特微描述以实现硬体之可能，作为读者未来能够设计广大种类电路的基础。

深入浅出：现代系统构建的基石 导言：理解复杂性的核心 在信息技术飞速发展的今天，从智能手机的应用到云计算的基础设施，每一个数字系统的背后都蕴含着精妙的逻辑设计与严谨的计算机结构。理解这些底层原理，是任何希望在信息领域有所建树的工程师、科学家或高级技术人员的必修课。本书旨在提供一个全面、深入且极具实践指导性的视角，聚焦于构建现代计算系统的两大支柱——逻辑设计与计算机体系结构。 本书的叙述重心并非停留在对既有理论的简单罗列，而是致力于展现如何将抽象的数学概念转化为可执行的硬件电路，以及如何组织这些电路以实现高效、可靠的计算功能。我们将带领读者完成一次从最基本的布尔代数运算到复杂多核处理器设计的旅程。 第一部分：数字逻辑基础——构建计算的基石 本部分将详尽阐述构成所有数字系统的最基本单元——逻辑电路的设计与分析。我们将抛弃教科书式的枯燥讲解，转而采用一种强调系统思维的方式来引导读者掌握数字逻辑的核心技能。 第一章：布尔代数与逻辑门：从抽象到实现 本章将以清晰的步骤介绍布尔代数的基本公理、定理及其在电路优化中的应用。重点在于掌握最小化技术，包括卡诺图（Karnaugh Maps）以及更先进的Quine-McCluskey方法。我们不仅会介绍AND、OR、NOT等基本门，还会深入探讨通用门（如NAND和NOR）如何作为构建所有复杂逻辑的基础。关键在于建立起逻辑表达式与物理实现之间的直观联系。 第二章：组合逻辑电路：瞬时响应的艺术 组合逻辑是数字系统的“决策层”。本章将详细分析组合逻辑电路的设计流程，从需求定义到真值表构建，再到最终的逻辑图实现。我们会深入剖析关键的组合电路组件：编码器、译码器、多路复用器（MUX）和数据选择器。尤其会强调数字信号处理在这些组件中的作用，以及如何利用它们实现快速的数据路径选择和算术运算的初步搭建。 第三章：时序逻辑电路：引入“记忆”的概念 没有记忆，计算机便无法执行序列操作。本章是理解状态机的关键。我们将从基本的锁存器（Latches）讲起，逐步过渡到同步电路的核心——触发器（Flip-Flops）（如SR、D、JK和T型）。随后，我们将全面介绍有限状态机（FSM）的分析与设计，包括米利（Mealy）型和摩尔（Moore）型状态机的差异及其在控制单元设计中的应用。本书将提供大量实例，展示如何利用FSM控制数据流和操作序列。 第四章：同步电路与时序分析：保证系统正确运行 随着电路规模的增大，时序问题成为设计的最大挑战。本章将聚焦于时钟信号在同步系统中的关键作用。我们将详述建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的含义，以及如何通过时钟分配网络来最小化时钟偏斜（Clock Skew）。理解这些时序约束，是确保大规模数字系统在规定频率下稳定工作的核心技术。 第二部分：计算机体系结构——实现高效能的蓝图 在掌握了逻辑构建块之后，本部分将视线提升到系统级别，探讨如何将这些逻辑单元组织成功能强大的计算机系统。我们关注的是抽象层次的效率，即如何设计硬件以最佳地执行软件指令。 第五章：数据表示与运算：机器的语言 本章首先回顾了有符号和无符号数的表示法，重点分析补码系统在现代计算机中的统治地位及其在加减法运算中的优势。我们将深入探讨定点和浮点数的表示标准（IEEE 754），并详细分析如何设计硬件来实现快速、无溢出的算术逻辑单元（ALU）。本章会展示如何用组合逻辑构建加法器（如超前进位加法器）和乘法器。 第六章：指令集架构（ISA）：软硬件的契约 指令集架构是硬件和软件之间的桥梁。本章将分析不同类型的ISA设计哲学，从精简指令集（RISC）到复杂指令集（CISC）的演变与权衡。我们会详细剖析指令的格式、寻址模式和操作码设计。通过对一个简化RISC指令集（如MIPS或RISC-V的子集）的深入研究，读者将学会如何定义一套高效且易于硬件实现的指令集。 第七章：单周期与多周期数据通路：执行指令的路径 本章将从实现的角度，构建执行指令的硬件基础。首先，我们将设计一个单周期数据通路，分析其简单性与性能瓶颈。随后，我们将重点介绍多周期数据通路的设计，通过引入状态控制逻辑（基于前述FSM设计），实现指令的流水化分解（取指、译码、执行、访存、写回）。本章将清晰地展示控制单元（Control Unit）如何根据指令类型生成必要的控制信号，驱动数据通路中各个组件的运作。 第八章：指令流水线技术：突破性能的瓶颈 现代高性能处理器依赖于指令流水线（Pipelining）技术来提高吞吐量。本章将深入分析五级或七级流水线的结构，并详细探讨流水线引入的数据冒险（Read After Write, Write After Read）和控制冒险（分支预测）。我们将介绍解决这些冒险的硬件机制，例如数据前递（Forwarding/Bypassing）和分支延迟槽的原理。理解流水线冲突的解决是理解现代CPU性能优化的关键。 第九章：内存系统与层次结构：速度与容量的平衡 处理器速度的提升远超主存的速度，这种“内存墙”问题促成了存储器层次结构的诞生。本章将专注于Cache存储器的设计。我们将详细解析Cache的工作原理，包括映射方式（直接映射、组相联、全相联）、替换策略（LRU、FIFO）以及写策略（直写、回写法）。此外，本章还会讨论虚拟内存和TLB（转换后援缓冲器）在操作系统与硬件协同工作中的角色。 第十章：输入/输出（I/O）系统与中断：连接世界的接口 一个计算系统必须能够与外部世界交互。本章将概述I/O操作的几种主要模式：程序控制I/O、中断驱动I/O以及直接内存访问（DMA）。我们将解释中断的生成、优先级仲裁和处理流程，这是保证系统响应外部事件和实现并发操作的核心机制。 结语：面向未来的系统设计 本书提供了一套从晶体管级别逻辑到复杂多级流水线处理器的完整知识体系。通过对这些基本模块的透彻理解，读者将具备分析现有体系结构缺陷和设计下一代高性能计算系统的能力。本书强调的不仅仅是“如何做”，更是“为什么这样设计是最优的选择”。掌握这些原理，意味着掌握了数字世界底层构建的真正语言。

chapter 1　时序系统设计
chapter 2　组合逻辑系统
chapter 3　卡诺图
chapter 4　函数最小化演
chapter 6　循序系统的分析
chapter 7　时序系统设计
chapter 8　解决较大型的循序问题
chapter 9　Verilog 简介
附录A　Relating the Algebra to the Karnaugh Map
附录B　习题解答
附录C　各章测验题解答
附录D　LABORATORY EXPERIMENTS
索　引

评分☆☆☆☆☆

我想說，這本《邏輯與電腦設計》第三版，真的非常適合那些想對電腦硬體有更紮實理解的學習者。我個人比較關注處理器架構的進化，而這本書在這方面做了非常細緻的介紹。從早期的RISC和CISC指令集架構的爭論，到後來RISC指令集的興起，以及像ARM這樣架構的發展，書中都提供了相當清晰的歷史脈絡和技術分析。 更讓我驚喜的是，它並沒有止步於單核處理器的介紹，而是開始探討多核處理器、超純量處理器和亂序執行等先進技術。作者在講解這些概念時，會盡量用比較容易理解的方式，闡述它們背後的設計挑戰和優勢。例如，對於流水線技術的講解，它不僅僅是描繪流水線階段，還深入探討了資料相依、控制相依等問題，以及如何通過相關技術來解決這些問題。這讓我對現代高性能處理器的設計有了更為宏觀的認識，也讓我看到邏輯設計在不斷推動計算能力提升方面的巨大貢獻。

评分☆☆☆☆☆

這本《邏輯與電腦設計》第三版，對於想要深入了解電腦科學基礎的讀者來說，絕對是一本不可多得的參考書。我特別喜歡書中在講解記憶體系統時的邏輯思路。從最基礎的位元、位元組，到隨後介紹的暫存器文件、快取記憶體 (Cache) 的設計原理，再到最後談到的虛擬記憶體概念，作者將這些複雜的組成部分，以一種非常系統化的方式呈現在讀者面前。 尤其是在講解快取記憶體時，書中不僅介紹了它的結構，例如直接映射、全關聯映射和組關聯映射，還詳細闡述了命中率、未命中率以及它們對系統效能的影響。這種從原理到應用，再到效能分析的講解方式，讓我對記憶體層級結構有了更為全面和深刻的理解。而且，書中也觸及到了總線介面和I/O系統的設計，讓我知道電腦內部不同組件是如何溝通協調的，這對於理解整個電腦系統的運作至關重要。

评分☆☆☆☆☆

這本《邏輯與電腦設計》的第三版，真的讓我重新燃起了對電腦底層架構的熱情！還記得大學時期初次接觸數位邏輯時，那種迷宮般的電路圖和艱深的布林代數，差點讓我放棄。但這本書，真的是一本非常棒的入門指引。作者以非常直觀的方式，從最基本的邏輯閘開始，逐步引導讀者理解組合邏輯和循序邏輯。書中大量的圖示和範例，把抽象的概念變得具體可感，尤其是那些用真實世界的例子來解釋「與」、「或」、「非」閘的段落，讓我這個理工背景不強的人也能輕鬆掌握。 再來，書中對於時序電路和狀態機的講解，更是讓我佩服。從D型正反器、JK型正反器，到更複雜的計數器和移位暫存器，作者都循序漸進地介紹了它們的原理、設計方法以及應用。我特別喜歡書中關於如何將一個大型系統分解成較小的模組，再逐一實現和整合的講解，這對於初學者來說，提供了非常清晰的系統設計思路。而且，書中還提到了一些現代設計流程的觀念，例如使用硬體描述語言 (HDL) 來輔助設計，雖然本書側重於原理，但有這樣的點撥，讓人覺得非常有前瞻性。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，我對這本《邏輯與電腦設計》第三版的期望值原本就很高，因為它是我的教授極力推薦的教材。讀完之後，我只能說，它的確沒有辜負我的期待。我特別欣賞書中對於「硬體描述語言」(HDL) 的介紹，雖然篇幅不算多，但它成功地勾勒出了HDL在現代數位邏輯設計中的核心地位。從Verilog和VHDL的基礎語法，到如何用它們來描述組合邏輯和循序邏輯電路，這本書提供了一個非常好的起點。 讓我印象深刻的是，書中並非只是單純地羅列語法，而是將HDL的應用與前面所講的邏輯設計原理緊密結合。例如，它會展示如何將一個複雜的邏輯功能，通過HDL代碼精煉地表達出來，然後再介紹如何通過EDA工具進行模擬和綜合。這讓我知道，實際的硬體設計流程是如何進行的，不再是僅僅停留在紙上談兵的階段。這種學以致用的感覺，對於激發學習興趣非常有幫助。

评分☆☆☆☆☆

這本《邏輯與電腦設計》第三版，我不得不說，它的內容真的非常紮實，而且在教學方法上，有著獨特的見解。我個人比較習慣從宏觀的角度切入，然後再深入到細節。這本書在這一點上做得相當不錯。它並沒有一開始就丟給你一堆複雜的電路圖，而是先讓你理解「為什麼」需要邏輯設計，它的歷史演進，以及它在現代電腦發展中所扮演的關鍵角色。這種鋪陳，能讓讀者建立起一個較為完整的知識框架。 接著，作者在講解時，非常注重概念之間的關聯性。例如，當談到微處理器結構時，它會自然而然地連結到前面所講的指令集架構 (ISA) 的設計，以及如何利用邏輯電路實現這些指令。書中對於指令週期、流水線技術等概念的闡述，讓我對CPU的工作原理有了更深刻的認識。而且，它也會適時地引導讀者思考，如何優化電路設計以提高效率和降低功耗，這點對於未來從事硬體設計的學生來說，是極其重要的。