多值逻辑电路设计原理

多值逻辑电路设计原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:杭州大学出版社
作者:吴训威
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1994-10
价格:16.00
装帧:平装
isbn号码:9787810357104
丛书系列:
图书标签:
  • 多值逻辑
  • 电路设计
  • 数字电路
  • 计算机体系结构
  • 逻辑电路
  • 多值逻辑电路
  • 电子工程
  • 信息技术
  • 集成电路
  • VLSI设计
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具体描述

图书名称:深入理解计算机系统(第三版) 作者: Randal E. Bryant, David R. O'Hallaron 译者: 龚克, 冯燕, 王海波, 王一磊 --- 内容简介 《深入理解计算机系统》(Computer Systems: A Programmer's Perspective,简称CS:APP)是一本享誉全球的经典教材,它以一种独特且深刻的视角,将计算机系统的各个层面——从硬件到软件,从底层汇编到高级应用——有机地串联起来,旨在帮助读者构建起一个全面的、系统的计算机工作原理认知。本书不仅是计算机科学专业学生的必读之作,也是对底层机制充满好奇的软件工程师、系统架构师提升技能的宝贵资源。 本书的哲学核心在于“自下而上”的视角:它不只是孤立地讲解操作系统、体系结构或编译原理等单一学科,而是聚焦于一个核心目标——如何从程序猿的角度,理解程序在真实计算机系统上是如何运行、如何被优化、以及如何出错的。 全书共分为六个主要部分,层层递进,构建起一个完整的知识体系: --- 第一部分:基础概览与数据表示 本部分为后续深入学习奠定坚实的基础,侧重于介绍信息在计算机中的存储方式以及程序如何被机器理解和执行。 1. 信息的表示与处理: 深入探讨了数字在计算机内部的表示形式。重点讲解了二进制表示的原理,包括定点数和浮点数的标准(IEEE 754)。浮点数的精确性、舍入误差以及它们在科学计算中的影响被详细分析。此外,本书还覆盖了整数的补码表示,这是理解负数运算和溢出行为的关键。 2. 机器级代码与过程的组织: 这一章是理解底层执行机制的起点。它详细介绍了汇编语言的基本语法(主要使用 AT&T 语法),并解释了x86-64 架构的关键特性,特别是寄存器的用途和存储器的组织方式。重点讲解了函数调用约定(Calling Conventions),包括参数传递、局部变量的栈帧管理(Stack Frames)、以及返回地址的保存与恢复。通过对这些机制的剖析,读者能够直观地看到高级语言(如C)是如何被编译成机器指令并执行的。 3. 组合逻辑与顺序逻辑: 本节回归到数字逻辑层面,用现代的视角回顾了布尔代数和逻辑门的基本运算。重点介绍了如何使用逻辑门构建出基本的组合逻辑电路(如加法器)和顺序逻辑电路(如锁存器和触发器)。这部分内容为理解CPU内部的算术逻辑单元(ALU)和控制单元提供了必要的硬件基础。 --- 第二部分:程序的优化与运行时环境 这部分将视角转向了编译器和链接器,阐述了源代码如何转化为可执行文件,以及程序在内存中如何布局和执行。 4. 处理器体系结构: 深入剖析了现代处理器的核心结构。详细描述了指令集架构 (ISA) 的设计哲学,以及流水线技术 (Pipelining) 如何提升指令吞吐量。特别强调了数据通路和控制单元的设计原理,让读者理解指令获取、译码、执行和写回的完整生命周期。 5. 优化编译技术: 本章是连接软件优化与硬件性能的关键。它探讨了编译器(如GCC)在将高级代码(如 C 语言)翻译成机器代码时所采用的各种优化策略,例如循环展开、函数内联、死代码消除等。通过对比优化前后的汇编代码,读者能清晰地认识到代码的结构对最终执行效率的巨大影响。 6. 链接: 讲解了程序是如何从源代码文件转变为可以在操作系统上运行的可执行目标文件的过程。详细介绍了编译(Compilation)、汇编(Assembly) 和链接(Linking) 三个阶段。重点阐述了静态链接和动态链接的机制,包括重定位(Relocation)和符号解析,解释了共享库(Shared Libraries)的工作原理及其对内存使用的影响。 --- 第三部分:程序在内存中的组织与抽象 本部分聚焦于程序运行时占据的内存空间及其管理方式,这是理解内存错误和安全漏洞的基石。 7. 虚拟内存: 这是理解现代操作系统如何管理资源的核心概念。本书详细解释了虚拟内存的抽象意义:它为每个进程提供了一个私有、一致的地址空间。内容涵盖了分页(Paging) 机制,地址翻译过程(包括使用页表和 TLB——快表),以及缺页中断(Page Fault) 的处理流程。同时,探讨了虚拟内存如何实现进程隔离和高效的内存共享。 8. 内存管理实践: 结合虚拟内存理论,本章讨论了在实际系统中内存是如何分配和回收的。深入讲解了堆(Heap) 的管理,包括动态内存分配器(malloc/free) 的内部实现,例如空闲链表、分离适配器和伙伴系统等分配策略,以及它们面临的碎片化问题。 --- 第四部分:程序执行的性能影响因素 本部分是本书的精华之一,它将程序逻辑与系统性能直接挂钩,指导读者写出“快”的代码。 9. 缓存技术与局部性原理: 本章深入讲解了存储器层次结构(Memory Hierarchy),解释了为什么CPU速度与主存速度之间存在巨大鸿沟。重点剖析了程序的时间局部性和空间局部性。详细分析了SRAM和DRAM技术的差异,并深入探讨了Cache 内存的工作原理,包括行匹配、块放置策略(直接映射、组相联、全相联) 和写策略(写直通、写回)。读者将学会如何通过优化数据访问模式来最大化缓存命中率。 10. 提高性能的实践: 本章将前述的硬件和软件知识融会贯通,指导程序员如何进行性能分析 (Profiling),定位程序的性能瓶颈。内容包括:数据结构的选择对缓存的影响、循环优化的技巧、以及现代处理器分支预测的原理和对代码分支的影响。 --- 第五部分:并发编程 在多核处理器的时代,理解并发是构建高性能和高可靠性系统的必要条件。 11. 并发编程基础: 系统地介绍了并发编程的概念,包括进程(Processes) 和线程(Threads) 的区别与联系。详细讨论了同步(Synchronization) 的必要性,重点讲解了互斥锁 (Mutexes)、信号量 (Semaphores) 和条件变量 (Condition Variables) 等同步机制,以及如何使用它们来避免竞态条件 (Race Conditions)。 12. 线程安全的实现: 本章专注于在实践中构建健壮的并发代码。深入探讨了并发编程中的陷阱,如死锁、活锁和饥饿问题。指导读者如何设计和实现线程安全的数据结构,例如无锁(Lock-free)的数据结构,以充分利用多核处理器的并行能力。 --- 第六部分:网络编程与系统级I/O 本部分扩展到系统级的输入/输出操作,特别是网络通信的基础。 13. 网络编程基础: 概述了客户端-服务器(Client-Server) 模型和套接字(Sockets) 编程接口。讲解了 TCP/IP 协议栈的关键概念,以及如何使用标准库函数进行可靠的数据传输。内容涵盖了网络地址的表示和字节顺序问题。 14. I/O 虚拟化与高效 I/O: 介绍了操作系统提供的各种 I/O 接口,如文件 I/O 和 Unix I/O。重点讨论了如何实现高效的并发 I/O,包括阻塞 I/O、非阻塞 I/O、I/O 多路复用 (如 select/poll/epoll),以及零拷贝 (Zero-Copy) 技术在高性能数据传输中的应用。 --- 总结特点 《深入理解计算机系统》的独特之处在于其“跨界”的综合性。它不是一本专注于某个领域的深度手册,而是一座连接程序逻辑、硬件架构、操作系统服务三者之间的桥梁。通过大量的C 语言代码示例、汇编代码分析和性能测量实验,本书提供了一种动手实践的学习方式,确保读者不仅“知道”系统如何工作,更能“理解”为什么它会以特定的方式工作,从而能编写出更高效、更健壮的软件。本书的第三版在内容上更新了对现代多核处理器、最新内存技术以及并发编程模型的深入探讨,使其内容与当今的软件开发环境高度契合。

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用户评价

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作为一本专业书籍,它在深度上满足了高阶读者的需求,但在表述的清晰度上又照顾到了进阶学习者。我个人认为,本书在数理推导上保持了极高的严谨性,但作者总能适时地穿插一些历史背景或应用实例来“松弛”一下紧绷的思维。例如,在介绍如何处理多值逻辑中的“竞争与冒险”现象时,作者追溯了早期模拟计算中的类似问题,并通过引入时间延迟分析来深化理解,这使得原本枯燥的电路故障分析变得有血有肉。此外,书中对不同逻辑代数体系的比较,如卢卡西维茨(Lukasiewicz)逻辑、波斯特(Post)代数等,进行了清晰的梳理和对比,这有助于读者建立一个宏观的、系统的知识地图,而不是被单一的逻辑体系所局限。这种“放眼全局”的视野,体现了作者在相关领域深厚的学术积淀,也让读者在学习过程中能够持续保持探索的热情。

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这本书的结构安排堪称教科书级别的典范,它巧妙地平衡了理论的深度和广度。在探讨完基础逻辑和基本门电路之后,作者立即将焦点转移到更复杂的组合逻辑和时序逻辑的设计上。对于组合逻辑,书中详细分析了如何使用多值逻辑的规范形式(如多值函数的多项式展开或分解形式)来进行化简和综合,这部分内容与传统数字电路中的卡诺图、奎因-麦克拉斯基算法有着异曲同工之妙,但又加入了多值变量的维度,使得化简过程更具挑战性也更有趣味性。更值得称赞的是,作者引入了“模糊控制”和“神经网络”中的多值处理单元作为案例研究。这表明了作者深知多值逻辑并非孤立的理论,而是现代计算和控制领域中解决实际问题的有力工具。时序部分的处理也十分到位,通过对多值触发器和多值状态机的建模,读者可以清晰地看到如何将多值状态信息整合到动态系统中,这对于设计容错或具有多级恢复机制的系统至关重要。

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深入阅读这本书的后半部分,我发现作者的功力主要体现在他对电路实现层面的深刻洞察上。虽然理论基础打得扎实,但真正让我眼前一亮的是如何将这些抽象的逻辑概念转化为可操作的硬件结构。书中详尽地介绍了基于电阻、电容甚至新型晶体管结构(如铁电存储器或忆阻器)来实现多值逻辑门的具体设计方案。对于CMOS技术在多值逻辑中的应用,作者不仅展示了基本的电压阈值划分策略,还探讨了如何解决器件不匹配、噪声容限以及功耗管理等实际工程难题。有一章节专门分析了如何利用非线性器件的特性来构造更高效的多输入逻辑函数,这部分内容极具启发性。作者在论述中展现出一种工程师特有的务实精神,他没有回避现实中的局限性,而是坦诚地指出当前多值逻辑器件在速度和集成度上与成熟的二值技术相比存在的差距,同时描绘了未来新型器件可能带来的突破口。这种理论与实践紧密结合的写作风格,对于希望将多值逻辑应用于实际系统设计的读者来说,无疑是一本不可多得的参考手册。

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这本书的配套资源和组织方式也值得一提。虽然这是一本纸质书籍,但书中大量的图表、流程图和示意图,都经过了精心设计,极大地提升了阅读体验。特别是那些用于阐述复杂互连结构和电路拓扑的插图,线条清晰,逻辑层次分明,很少出现语义不清的混乱局面。作者在章节末尾设置的“思考题与延伸阅读”部分,设计得非常巧妙,它不仅仅是简单的知识回顾,更像是引导读者进入更前沿研究领域的“提示卡”。这些问题往往指向当前多值逻辑在低功耗计算、类脑计算等新兴交叉学科中的应用瓶颈和潜在方向。总而言之,这本书成功地架设了一座从经典数字逻辑到前沿多值系统设计的坚实桥梁,它不仅仅教授了“如何做”,更启发了读者去思考“为何要用”以及“未来如何发展”,对于任何对超越二值计算范式感兴趣的工程师或研究人员来说,都是一本极具价值的工具书和启蒙读物。

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这本关于“多值逻辑电路设计原理”的书籍,从一个初学者的角度来看,确实是一次令人耳目一新的知识探索。作者在开篇部分并未急于深入复杂的数学模型,而是花了大量的篇幅来构建多值逻辑的基础概念框架。他巧妙地通过类比我们日常生活中常见的模糊判断,例如“是、否、也许”,来引入三值逻辑的基本思想,这使得那些原本抽象的逻辑概念变得生动易懂。我特别欣赏的是,书中对布尔代数与多值逻辑的对比分析。作者没有仅仅停留在罗列不同之处,而是深入探讨了为何在某些特定应用场景下,多值逻辑能够展现出比传统二值逻辑更优越的表达能力和效率。例如,在描述某些非确定性或概率性的系统状态时,一个额外的逻辑值(如“未知”或“不确定”)带来的信息增益是巨大的。书中对基本运算子(如最小化函数、最大化函数)的介绍详尽而细致,每一个定义都配有清晰的真值表和直观的几何解释。对于我这种希望扎实打好基础的读者来说,这种由浅入深的叙述方式极大地降低了入门的门槛,让我对多值逻辑的本质有了更深层次的理解,而非仅仅停留在公式的记忆层面。

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