邏輯與計算機設計 3/e pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 計算機組成原理
• 數字邏輯設計
• 計算機體係結構
• 邏輯設計
• 計算機硬件
• 匯編語言
• Verilog
• 計算機係統
• 數字電路
• MIPS架構

•本書主要透過許多淺顯易懂的範例，加強邏輯設計的基本觀念

　　•本書不需要先修課程，可經由提供的範例，自主學習邏輯設計的概念。

　　•本書最後一章，特彆匯編齣精簡版的Verilog數位電路描述語言，藉由經典的範例，提供讀者使用Verilog語言特微描述以實現硬體之可能，作為讀者未來能夠設計廣大種類電路的基礎。

深入淺齣：現代係統構建的基石 導言：理解復雜性的核心 在信息技術飛速發展的今天，從智能手機的應用到雲計算的基礎設施，每一個數字係統的背後都蘊含著精妙的邏輯設計與嚴謹的計算機結構。理解這些底層原理，是任何希望在信息領域有所建樹的工程師、科學傢或高級技術人員的必修課。本書旨在提供一個全麵、深入且極具實踐指導性的視角，聚焦於構建現代計算係統的兩大支柱——邏輯設計與計算機體係結構。 本書的敘述重心並非停留在對既有理論的簡單羅列，而是緻力於展現如何將抽象的數學概念轉化為可執行的硬件電路，以及如何組織這些電路以實現高效、可靠的計算功能。我們將帶領讀者完成一次從最基本的布爾代數運算到復雜多核處理器設計的旅程。 第一部分：數字邏輯基礎——構建計算的基石 本部分將詳盡闡述構成所有數字係統的最基本單元——邏輯電路的設計與分析。我們將拋棄教科書式的枯燥講解，轉而采用一種強調係統思維的方式來引導讀者掌握數字邏輯的核心技能。 第一章：布爾代數與邏輯門：從抽象到實現 本章將以清晰的步驟介紹布爾代數的基本公理、定理及其在電路優化中的應用。重點在於掌握最小化技術，包括卡諾圖（Karnaugh Maps）以及更先進的Quine-McCluskey方法。我們不僅會介紹AND、OR、NOT等基本門，還會深入探討通用門（如NAND和NOR）如何作為構建所有復雜邏輯的基礎。關鍵在於建立起邏輯錶達式與物理實現之間的直觀聯係。 第二章：組閤邏輯電路：瞬時響應的藝術 組閤邏輯是數字係統的“決策層”。本章將詳細分析組閤邏輯電路的設計流程，從需求定義到真值錶構建，再到最終的邏輯圖實現。我們會深入剖析關鍵的組閤電路組件：編碼器、譯碼器、多路復用器（MUX）和數據選擇器。尤其會強調數字信號處理在這些組件中的作用，以及如何利用它們實現快速的數據路徑選擇和算術運算的初步搭建。 第三章：時序邏輯電路：引入“記憶”的概念 沒有記憶，計算機便無法執行序列操作。本章是理解狀態機的關鍵。我們將從基本的鎖存器（Latches）講起，逐步過渡到同步電路的核心——觸發器（Flip-Flops）（如SR、D、JK和T型）。隨後，我們將全麵介紹有限狀態機（FSM）的分析與設計，包括米利（Mealy）型和摩爾（Moore）型狀態機的差異及其在控製單元設計中的應用。本書將提供大量實例，展示如何利用FSM控製數據流和操作序列。 第四章：同步電路與時序分析：保證係統正確運行 隨著電路規模的增大，時序問題成為設計的最大挑戰。本章將聚焦於時鍾信號在同步係統中的關鍵作用。我們將詳述建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）的含義，以及如何通過時鍾分配網絡來最小化時鍾偏斜（Clock Skew）。理解這些時序約束，是確保大規模數字係統在規定頻率下穩定工作的核心技術。 第二部分：計算機體係結構——實現高效能的藍圖 在掌握瞭邏輯構建塊之後，本部分將視綫提升到係統級彆，探討如何將這些邏輯單元組織成功能強大的計算機係統。我們關注的是抽象層次的效率，即如何設計硬件以最佳地執行軟件指令。 第五章：數據錶示與運算：機器的語言 本章首先迴顧瞭有符號和無符號數的錶示法，重點分析補碼係統在現代計算機中的統治地位及其在加減法運算中的優勢。我們將深入探討定點和浮點數的錶示標準（IEEE 754），並詳細分析如何設計硬件來實現快速、無溢齣的算術邏輯單元（ALU）。本章會展示如何用組閤邏輯構建加法器（如超前進位加法器）和乘法器。 第六章：指令集架構（ISA）：軟硬件的契約 指令集架構是硬件和軟件之間的橋梁。本章將分析不同類型的ISA設計哲學，從精簡指令集（RISC）到復雜指令集（CISC）的演變與權衡。我們會詳細剖析指令的格式、尋址模式和操作碼設計。通過對一個簡化RISC指令集（如MIPS或RISC-V的子集）的深入研究，讀者將學會如何定義一套高效且易於硬件實現的指令集。 第七章：單周期與多周期數據通路：執行指令的路徑 本章將從實現的角度，構建執行指令的硬件基礎。首先，我們將設計一個單周期數據通路，分析其簡單性與性能瓶頸。隨後，我們將重點介紹多周期數據通路的設計，通過引入狀態控製邏輯（基於前述FSM設計），實現指令的流水化分解（取指、譯碼、執行、訪存、寫迴）。本章將清晰地展示控製單元（Control Unit）如何根據指令類型生成必要的控製信號，驅動數據通路中各個組件的運作。 第八章：指令流水綫技術：突破性能的瓶頸 現代高性能處理器依賴於指令流水綫（Pipelining）技術來提高吞吐量。本章將深入分析五級或七級流水綫的結構，並詳細探討流水綫引入的數據冒險（Read After Write, Write After Read）和控製冒險（分支預測）。我們將介紹解決這些冒險的硬件機製，例如數據前遞（Forwarding/Bypassing）和分支延遲槽的原理。理解流水綫衝突的解決是理解現代CPU性能優化的關鍵。 第九章：內存係統與層次結構：速度與容量的平衡 處理器速度的提升遠超主存的速度，這種“內存牆”問題促成瞭存儲器層次結構的誕生。本章將專注於Cache存儲器的設計。我們將詳細解析Cache的工作原理，包括映射方式（直接映射、組相聯、全相聯）、替換策略（LRU、FIFO）以及寫策略（直寫、迴寫法）。此外，本章還會討論虛擬內存和TLB（轉換後援緩衝器）在操作係統與硬件協同工作中的角色。 第十章：輸入/輸齣（I/O）係統與中斷：連接世界的接口 一個計算係統必須能夠與外部世界交互。本章將概述I/O操作的幾種主要模式：程序控製I/O、中斷驅動I/O以及直接內存訪問（DMA）。我們將解釋中斷的生成、優先級仲裁和處理流程，這是保證係統響應外部事件和實現並發操作的核心機製。 結語：麵嚮未來的係統設計 本書提供瞭一套從晶體管級彆邏輯到復雜多級流水綫處理器的完整知識體係。通過對這些基本模塊的透徹理解，讀者將具備分析現有體係結構缺陷和設計下一代高性能計算係統的能力。本書強調的不僅僅是“如何做”，更是“為什麼這樣設計是最優的選擇”。掌握這些原理，意味著掌握瞭數字世界底層構建的真正語言。

chapter 1　時序係統設計
chapter 2　組閤邏輯係統
chapter 3　卡諾圖
chapter 4　函數最小化演
chapter 6　循序係統的分析
chapter 7　時序係統設計
chapter 8　解決較大型的循序問題
chapter 9　Verilog 簡介
附錄A　Relating the Algebra to the Karnaugh Map
附錄B　習題解答
附錄C　各章測驗題解答
附錄D　LABORATORY EXPERIMENTS
索　引

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，我隻能說，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，但它成功地勾勒齣瞭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閤邏輯和循序邏輯電路，這本書提供瞭一個非常好的起點。 讓我印象深刻的是，書中並非隻是單純地羅列語法，而是將HDL的應用與前麵所講的邏輯設計原理緊密結閤。例如，它會展示如何將一個複雜的邏輯功能，通過HDL代碼精煉地錶達齣來，然後再介紹如何通過EDA工具進行模擬和綜閤。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。這種學以緻用的感覺，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麵所講的指令集架構 (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的工作原理有瞭更深刻的認識。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。

评分☆☆☆☆☆

這本《邏輯與電腦設計》的第三版，真的讓我重新燃起瞭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閤邏輯和循序邏輯。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瞭它們的原理、設計方法以及應用。我特別喜歡書中關於如何將一個大型係統分解成較小的模組，再逐一實現和整閤的講解，這對於初學者來說，提供瞭非常清晰的係統設計思路。而且，書中還提到瞭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☆☆☆☆☆

這本《邏輯與電腦設計》第三版，對於想要深入瞭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係統時的邏輯思路。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，以一種非常係統化的方式呈現在讀者麵前。 尤其是在講解快取記憶體時，書中不僅介紹瞭它的結構，例如直接映射、全關聯映射和組關聯映射，還詳細闡述瞭命中率、未命中率以及它們對係統效能的影響。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瞭更為全麵和深刻的理解。而且，書中也觸及到瞭總線介麵和I/O係統的設計，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係統的運作至關重要。

评分☆☆☆☆☆

我想說，這本《邏輯與電腦設計》第三版，真的非常適閤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，而這本書在這方麵做瞭非常細緻的介紹。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，書中都提供瞭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，還深入探討瞭資料相依、控製相依等問題，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瞭更為宏觀的認識，也讓我看到邏輯設計在不斷推動計算能力提升方麵的巨大貢獻。