多值邏輯電路設計原理 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:杭州大學齣版社

作者:吳訓威

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1994-10

價格:16.00

裝幀:平裝

isbn號碼:9787810357104

叢書系列:

圖書標籤:

• 多值邏輯
• 電路設計
• 數字電路
• 計算機體係結構
• 邏輯電路
• 多值邏輯電路
• 電子工程
• 信息技術
• 集成電路
• VLSI設計

圖書名稱：深入理解計算機係統（第三版） 作者： Randal E. Bryant, David R. O'Hallaron 譯者： 龔剋, 馮燕, 王海波, 王一磊 --- 內容簡介 《深入理解計算機係統》（Computer Systems: A Programmer's Perspective，簡稱CS:APP）是一本享譽全球的經典教材，它以一種獨特且深刻的視角，將計算機係統的各個層麵——從硬件到軟件，從底層匯編到高級應用——有機地串聯起來，旨在幫助讀者構建起一個全麵的、係統的計算機工作原理認知。本書不僅是計算機科學專業學生的必讀之作，也是對底層機製充滿好奇的軟件工程師、係統架構師提升技能的寶貴資源。 本書的哲學核心在於“自下而上”的視角：它不隻是孤立地講解操作係統、體係結構或編譯原理等單一學科，而是聚焦於一個核心目標——如何從程序猿的角度，理解程序在真實計算機係統上是如何運行、如何被優化、以及如何齣錯的。 全書共分為六個主要部分，層層遞進，構建起一個完整的知識體係： --- 第一部分：基礎概覽與數據錶示 本部分為後續深入學習奠定堅實的基礎，側重於介紹信息在計算機中的存儲方式以及程序如何被機器理解和執行。 1. 信息的錶示與處理： 深入探討瞭數字在計算機內部的錶示形式。重點講解瞭二進製錶示的原理，包括定點數和浮點數的標準（IEEE 754）。浮點數的精確性、捨入誤差以及它們在科學計算中的影響被詳細分析。此外，本書還覆蓋瞭整數的補碼錶示，這是理解負數運算和溢齣行為的關鍵。 2. 機器級代碼與過程的組織： 這一章是理解底層執行機製的起點。它詳細介紹瞭匯編語言的基本語法（主要使用 AT&T 語法），並解釋瞭x86-64 架構的關鍵特性，特彆是寄存器的用途和存儲器的組織方式。重點講解瞭函數調用約定（Calling Conventions），包括參數傳遞、局部變量的棧幀管理（Stack Frames）、以及返迴地址的保存與恢復。通過對這些機製的剖析，讀者能夠直觀地看到高級語言（如C）是如何被編譯成機器指令並執行的。 3. 組閤邏輯與順序邏輯： 本節迴歸到數字邏輯層麵，用現代的視角迴顧瞭布爾代數和邏輯門的基本運算。重點介紹瞭如何使用邏輯門構建齣基本的組閤邏輯電路（如加法器）和順序邏輯電路（如鎖存器和觸發器）。這部分內容為理解CPU內部的算術邏輯單元（ALU）和控製單元提供瞭必要的硬件基礎。 --- 第二部分：程序的優化與運行時環境 這部分將視角轉嚮瞭編譯器和鏈接器，闡述瞭源代碼如何轉化為可執行文件，以及程序在內存中如何布局和執行。 4. 處理器體係結構： 深入剖析瞭現代處理器的核心結構。詳細描述瞭指令集架構 (ISA) 的設計哲學，以及流水綫技術 (Pipelining) 如何提升指令吞吐量。特彆強調瞭數據通路和控製單元的設計原理，讓讀者理解指令獲取、譯碼、執行和寫迴的完整生命周期。 5. 優化編譯技術： 本章是連接軟件優化與硬件性能的關鍵。它探討瞭編譯器（如GCC）在將高級代碼（如 C 語言）翻譯成機器代碼時所采用的各種優化策略，例如循環展開、函數內聯、死代碼消除等。通過對比優化前後的匯編代碼，讀者能清晰地認識到代碼的結構對最終執行效率的巨大影響。 6. 鏈接： 講解瞭程序是如何從源代碼文件轉變為可以在操作係統上運行的可執行目標文件的過程。詳細介紹瞭編譯（Compilation）、匯編（Assembly） 和鏈接（Linking） 三個階段。重點闡述瞭靜態鏈接和動態鏈接的機製，包括重定位（Relocation）和符號解析，解釋瞭共享庫（Shared Libraries）的工作原理及其對內存使用的影響。 --- 第三部分：程序在內存中的組織與抽象 本部分聚焦於程序運行時占據的內存空間及其管理方式，這是理解內存錯誤和安全漏洞的基石。 7. 虛擬內存： 這是理解現代操作係統如何管理資源的核心概念。本書詳細解釋瞭虛擬內存的抽象意義：它為每個進程提供瞭一個私有、一緻的地址空間。內容涵蓋瞭分頁（Paging） 機製，地址翻譯過程（包括使用頁錶和 TLB——快錶），以及缺頁中斷（Page Fault） 的處理流程。同時，探討瞭虛擬內存如何實現進程隔離和高效的內存共享。 8. 內存管理實踐： 結閤虛擬內存理論，本章討論瞭在實際係統中內存是如何分配和迴收的。深入講解瞭堆（Heap） 的管理，包括動態內存分配器（malloc/free） 的內部實現，例如空閑鏈錶、分離適配器和夥伴係統等分配策略，以及它們麵臨的碎片化問題。 --- 第四部分：程序執行的性能影響因素 本部分是本書的精華之一，它將程序邏輯與係統性能直接掛鈎，指導讀者寫齣“快”的代碼。 9. 緩存技術與局部性原理： 本章深入講解瞭存儲器層次結構（Memory Hierarchy），解釋瞭為什麼CPU速度與主存速度之間存在巨大鴻溝。重點剖析瞭程序的時間局部性和空間局部性。詳細分析瞭SRAM和DRAM技術的差異，並深入探討瞭Cache 內存的工作原理，包括行匹配、塊放置策略（直接映射、組相聯、全相聯） 和寫策略（寫直通、寫迴）。讀者將學會如何通過優化數據訪問模式來最大化緩存命中率。 10. 提高性能的實踐： 本章將前述的硬件和軟件知識融會貫通，指導程序員如何進行性能分析 (Profiling)，定位程序的性能瓶頸。內容包括：數據結構的選擇對緩存的影響、循環優化的技巧、以及現代處理器分支預測的原理和對代碼分支的影響。 --- 第五部分：並發編程 在多核處理器的時代，理解並發是構建高性能和高可靠性係統的必要條件。 11. 並發編程基礎： 係統地介紹瞭並發編程的概念，包括進程（Processes） 和綫程（Threads） 的區彆與聯係。詳細討論瞭同步（Synchronization） 的必要性，重點講解瞭互斥鎖 (Mutexes)、信號量 (Semaphores) 和條件變量 (Condition Variables) 等同步機製，以及如何使用它們來避免競態條件 (Race Conditions)。 12. 綫程安全的實現： 本章專注於在實踐中構建健壯的並發代碼。深入探討瞭並發編程中的陷阱，如死鎖、活鎖和飢餓問題。指導讀者如何設計和實現綫程安全的數據結構，例如無鎖（Lock-free）的數據結構，以充分利用多核處理器的並行能力。 --- 第六部分：網絡編程與係統級I/O 本部分擴展到係統級的輸入/輸齣操作，特彆是網絡通信的基礎。 13. 網絡編程基礎： 概述瞭客戶端-服務器（Client-Server） 模型和套接字（Sockets） 編程接口。講解瞭 TCP/IP 協議棧的關鍵概念，以及如何使用標準庫函數進行可靠的數據傳輸。內容涵蓋瞭網絡地址的錶示和字節順序問題。 14. I/O 虛擬化與高效 I/O： 介紹瞭操作係統提供的各種 I/O 接口，如文件 I/O 和 Unix I/O。重點討論瞭如何實現高效的並發 I/O，包括阻塞 I/O、非阻塞 I/O、I/O 多路復用 (如 select/poll/epoll)，以及零拷貝 (Zero-Copy) 技術在高性能數據傳輸中的應用。 --- 總結特點 《深入理解計算機係統》的獨特之處在於其“跨界”的綜閤性。它不是一本專注於某個領域的深度手冊，而是一座連接程序邏輯、硬件架構、操作係統服務三者之間的橋梁。通過大量的C 語言代碼示例、匯編代碼分析和性能測量實驗，本書提供瞭一種動手實踐的學習方式，確保讀者不僅“知道”係統如何工作，更能“理解”為什麼它會以特定的方式工作，從而能編寫齣更高效、更健壯的軟件。本書的第三版在內容上更新瞭對現代多核處理器、最新內存技術以及並發編程模型的深入探討，使其內容與當今的軟件開發環境高度契閤。

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這本書的配套資源和組織方式也值得一提。雖然這是一本紙質書籍，但書中大量的圖錶、流程圖和示意圖，都經過瞭精心設計，極大地提升瞭閱讀體驗。特彆是那些用於闡述復雜互連結構和電路拓撲的插圖，綫條清晰，邏輯層次分明，很少齣現語義不清的混亂局麵。作者在章節末尾設置的“思考題與延伸閱讀”部分，設計得非常巧妙，它不僅僅是簡單的知識迴顧，更像是引導讀者進入更前沿研究領域的“提示卡”。這些問題往往指嚮當前多值邏輯在低功耗計算、類腦計算等新興交叉學科中的應用瓶頸和潛在方嚮。總而言之，這本書成功地架設瞭一座從經典數字邏輯到前沿多值係統設計的堅實橋梁，它不僅僅教授瞭“如何做”，更啓發瞭讀者去思考“為何要用”以及“未來如何發展”，對於任何對超越二值計算範式感興趣的工程師或研究人員來說，都是一本極具價值的工具書和啓濛讀物。

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作為一本專業書籍，它在深度上滿足瞭高階讀者的需求，但在錶述的清晰度上又照顧到瞭進階學習者。我個人認為，本書在數理推導上保持瞭極高的嚴謹性，但作者總能適時地穿插一些曆史背景或應用實例來“鬆弛”一下緊綳的思維。例如，在介紹如何處理多值邏輯中的“競爭與冒險”現象時，作者追溯瞭早期模擬計算中的類似問題，並通過引入時間延遲分析來深化理解，這使得原本枯燥的電路故障分析變得有血有肉。此外，書中對不同邏輯代數體係的比較，如盧卡西維茨（Lukasiewicz）邏輯、波斯特（Post）代數等，進行瞭清晰的梳理和對比，這有助於讀者建立一個宏觀的、係統的知識地圖，而不是被單一的邏輯體係所局限。這種“放眼全局”的視野，體現瞭作者在相關領域深厚的學術積澱，也讓讀者在學習過程中能夠持續保持探索的熱情。

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深入閱讀這本書的後半部分，我發現作者的功力主要體現在他對電路實現層麵的深刻洞察上。雖然理論基礎打得紮實，但真正讓我眼前一亮的是如何將這些抽象的邏輯概念轉化為可操作的硬件結構。書中詳盡地介紹瞭基於電阻、電容甚至新型晶體管結構（如鐵電存儲器或憶阻器）來實現多值邏輯門的具體設計方案。對於CMOS技術在多值邏輯中的應用，作者不僅展示瞭基本的電壓閾值劃分策略，還探討瞭如何解決器件不匹配、噪聲容限以及功耗管理等實際工程難題。有一章節專門分析瞭如何利用非綫性器件的特性來構造更高效的多輸入邏輯函數，這部分內容極具啓發性。作者在論述中展現齣一種工程師特有的務實精神，他沒有迴避現實中的局限性，而是坦誠地指齣當前多值邏輯器件在速度和集成度上與成熟的二值技術相比存在的差距，同時描繪瞭未來新型器件可能帶來的突破口。這種理論與實踐緊密結閤的寫作風格，對於希望將多值邏輯應用於實際係統設計的讀者來說，無疑是一本不可多得的參考手冊。

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這本關於“多值邏輯電路設計原理”的書籍，從一個初學者的角度來看，確實是一次令人耳目一新的知識探索。作者在開篇部分並未急於深入復雜的數學模型，而是花瞭大量的篇幅來構建多值邏輯的基礎概念框架。他巧妙地通過類比我們日常生活中常見的模糊判斷，例如“是、否、也許”，來引入三值邏輯的基本思想，這使得那些原本抽象的邏輯概念變得生動易懂。我特彆欣賞的是，書中對布爾代數與多值邏輯的對比分析。作者沒有僅僅停留在羅列不同之處，而是深入探討瞭為何在某些特定應用場景下，多值邏輯能夠展現齣比傳統二值邏輯更優越的錶達能力和效率。例如，在描述某些非確定性或概率性的係統狀態時，一個額外的邏輯值（如“未知”或“不確定”）帶來的信息增益是巨大的。書中對基本運算子（如最小化函數、最大化函數）的介紹詳盡而細緻，每一個定義都配有清晰的真值錶和直觀的幾何解釋。對於我這種希望紮實打好基礎的讀者來說，這種由淺入深的敘述方式極大地降低瞭入門的門檻，讓我對多值邏輯的本質有瞭更深層次的理解，而非僅僅停留在公式的記憶層麵。

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這本書的結構安排堪稱教科書級彆的典範，它巧妙地平衡瞭理論的深度和廣度。在探討完基礎邏輯和基本門電路之後，作者立即將焦點轉移到更復雜的組閤邏輯和時序邏輯的設計上。對於組閤邏輯，書中詳細分析瞭如何使用多值邏輯的規範形式（如多值函數的多項式展開或分解形式）來進行化簡和綜閤，這部分內容與傳統數字電路中的卡諾圖、奎因-麥剋拉斯基算法有著異麯同工之妙，但又加入瞭多值變量的維度，使得化簡過程更具挑戰性也更有趣味性。更值得稱贊的是，作者引入瞭“模糊控製”和“神經網絡”中的多值處理單元作為案例研究。這錶明瞭作者深知多值邏輯並非孤立的理論，而是現代計算和控製領域中解決實際問題的有力工具。時序部分的處理也十分到位，通過對多值觸發器和多值狀態機的建模，讀者可以清晰地看到如何將多值狀態信息整閤到動態係統中，這對於設計容錯或具有多級恢復機製的係統至關重要。

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