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☆☆☆☆☆

出版者:科学

作者:[美]威廉·J·达利

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-12

价格:70.00

装帧:平装

isbn号码:9787030179685

丛书系列:

图书标签:

数字系统
数字逻辑
计算机工程
硬件设计
Verilog
VHDL
FPGA
嵌入式系统
系统设计
数字电路

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具体描述

现代信息系统的设计与实现：从底层逻辑到高层架构一部深入探讨现代复杂信息系统构建的综合性著作本书并非聚焦于数字逻辑或传统意义上的“数字系统工程”——即通常所指的硬件描述语言（HDL）、FPGA/ASIC设计或基础组合/时序电路理论。相反，《现代信息系统的设计与实现：从底层逻辑到高层架构》旨在为工程师、架构师和高级技术决策者提供一个全面、深入且实用的视角，审视当今横跨云端、边缘和物联网（IoT）环境的复杂信息系统的全貌。我们生活的世界被海量数据流和高度互联的服务所驱动。成功的系统不再仅仅依赖于高效的门电路，更依赖于对异构计算资源的整合、数据流的优化、软件与硬件协同设计，以及面对瞬息万变的业务需求所展现出的弹性与可扩展性。本书正是填补了这一知识鸿沟。全书结构分为五大部分，层层递进，构建起一个完整的现代系统设计知识体系： --- 第一部分：系统级思维与需求抽象本部分奠定了系统设计的基础，强调在进入具体技术选型之前，必须建立正确的抽象和建模方法。第一章：从需求到架构——复杂性管理的艺术讨论如何将模糊的业务需求转化为清晰、可量化的系统指标（SLO/SLA）。重点分析“非功能性需求”在系统早期设计中的决定性作用，包括延迟、吞吐量、可用性、可维护性等指标的量化评估模型。引入系统思维模型（System Thinking Model），用于识别系统中的关键约束和潜在的非线性反馈回路。第二章：异构计算资源的效能评估与抽象现代系统是CPU、GPU、FPGA、ASIC以及专用加速器（如TPU/NPU）的混合体。本章深入分析不同计算范式的性能特征（如数据并行度、内存墙效应、功耗预算），并介绍如何使用计算模型（Computational Models）对这些资源进行统一的抽象描述，以便进行跨平台性能预测。第三章：信息流的拓扑建模与性能瓶颈预测系统性能往往受限于数据如何在不同组件间流动。本章详细介绍数据流图（Data Flow Graph, DFG）和控制流图（Control Flow Graph, CFG）的构建方法，并应用排队论和网络理论知识，预测在不同负载下，数据路径上的潜在拥塞点和延迟热点。 --- 第二部分：数据基础设施与存储层次优化数据的有效组织、访问和持久化是任何现代信息系统的核心。本部分聚焦于解决数据密集型应用中的存储和一致性挑战。第四章：现代存储介质的物理特性与软件栈适配超越传统的块存储概念，本章深入探讨NVMe、持久性内存（PMEM）和高带宽内存（HBM）的硬件特性，以及操作系统和文件系统如何与其交互。探讨直接存储访问（Direct Storage Access）技术，以绕过内核开销，优化I/O路径。第五章：分布式一致性模型与事务管理在多节点环境中，保证数据正确性至关重要。本章详尽对比Paxos、Raft等共识算法的实际应用场景、收敛速度和容错能力。深入分析CAP理论的实际权衡，并介绍NewSQL数据库和分布式事务框架（如Saga模式）在保证最终一致性与强一致性之间的设计取舍。第六章：缓存层级结构与内存语义学高效利用CPU缓存（L1/L2/L3）是提升应用性能的关键。本章分析缓存行填充、伪共享（False Sharing）问题，并介绍内存屏障（Memory Barriers）的使用，以确保多核环境下的可见性和正确性。探讨软件定义的缓存策略，如基于时间的淘汰算法与基于热度的预取机制。 --- 第三部分：网络通信与分布式协调系统级的性能往往受限于节点间的通信带宽和延迟。本部分专注于高性能网络架构与分布式协调机制。第七章：高速网络协议栈与硬件卸载深入研究RDMA（Remote Direct Memory Access）的底层机制（如InfiniBand和RoCE），以及其在零拷贝（Zero-Copy）通信中的作用。分析DPDK等用户态网络框架如何绕过内核网络栈，实现微秒级延迟的网络I/O。第八章：服务间通信范式与序列化效率对比RESTful API、gRPC（Protocol Buffers）和高效的二进制消息格式（如FlatBuffers）的性能指标。重点分析序列化/反序列化的计算成本，以及如何在低延迟场景中优化数据结构的布局以提高编解码效率。第九章：分布式服务发现、负载均衡与熔断机制探讨如何构建具备高可用性的微服务架构。介绍Consul/Etcd等服务发现机制的内部工作原理，并分析L4/L7负载均衡器的决策算法。详细讲解熔断器（Circuit Breaker）和舱壁隔离（Bulkhead Isolation）模式在防止级联故障中的应用。 --- 第四部分：资源管理、调度与弹性设计现代系统必须能够动态适应负载变化并高效利用物理资源。第十章：容器化与操作系统级虚拟化的高级应用超越Docker的基础概念，本章关注Cgroups和Namespaces在实现资源隔离与公平性中的作用。深入探讨Kubernetes调度器的核心算法（如Predicates和Priorities），以及如何通过资源预留和Limit设置来保证关键服务的QoS。第十一章：时序分析与实时性保障针对对时间敏感的系统，本章介绍最坏情况执行时间（WCET）分析方法，并讨论如何设计具备确定性（Determinism）的调度策略，例如使用硬实时内核或时间隔离技术。第十二章：弹性扩展与自愈合系统设计讨论主动健康检查、自动伸缩策略（基于指标而非简单的CPU使用率），以及混沌工程（Chaos Engineering）在主动发现系统弱点中的实践。重点分析状态迁移（Stateful Migration）的挑战与解决方案。 --- 第五部分：系统验证、安全嵌入与未来趋势系统的设计完成后，验证其正确性、安全性以及对未来技术的适应性至关重要。第十三章：从单元测试到系统级仿真验证介绍硬件在环（HIL）和软件在环（SIL）仿真环境的构建，以及如何利用基于模型的系统设计（MBSE）方法进行早期错误发现。重点讨论如何对复杂交互进行压力测试和边界条件探索。第十四章：信息系统中的安全边界与信任根探讨现代系统架构中的安全威胁面。分析零信任架构（Zero Trust Architecture）的设计原则，以及硬件层面的安全特性（如TPM、可信执行环境TEE）如何为上层软件提供信任根（Root of Trust）。讨论数据在传输和静止状态下的加密策略及其性能开销。第十五章：面向可持续性的系统优化与能效考量随着环境和成本压力的增加，系统能效成为新的设计约束。本章分析如何通过动态电压与频率调节（DVFS）、智能的资源卸载以及利用闲置资源的策略，实现整体系统能耗的优化，从而达成绿色计算的目标。 --- 本书旨在培养读者一种将底层硬件约束与高层软件架构、业务需求进行深度融合的综合能力。通过对这些关键领域细致入微的剖析，读者将能够设计出更为健壮、高效且适应未来挑战的下一代信息系统。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

最近在朋友的推荐下，我入手了一本名为《数字系统工程》的书，但说实话，这本书的深度和广度都超出了我的初步预期。我一直对如何将复杂的逻辑电路转化为实际可操作的系统抱有浓厚的兴趣，尤其是在大规模集成电路设计日益精进的今天。这本书似乎提供了一个非常系统化的视角，从最基础的门电路原理，逐步深入到更高级的算法实现和硬件描述语言的应用。我尤其关注其中关于时序分析和功耗优化的章节，这对我目前正在参与的一个项目至关重要。书中对于不同设计方法的权衡和比较，以及如何根据项目需求选择最合适的工程策略，提供了非常宝贵的指导。虽然我还在逐步消化书中内容，但我已经能感受到它为我打开了一个新的思考维度，让我对数字系统的设计不再仅仅停留在“能工作”的层面，而是更加注重“高效、可靠、可维护”的工程实践。我特别欣赏作者在讲解复杂概念时，能够将抽象的理论与具体的工程实例相结合，使得学习过程不至于枯燥乏味，更能激发读者的探索欲望。希望通过这段时间的深入研读，我能在未来的工程实践中，运用书中提供的知识和方法，创造出更优秀的数字系统。

评分☆☆☆☆☆

我最近阅读了一本关于《数字系统工程》的书，这本书给我的感觉就像是在一个广阔的数字宇宙中进行一场精密的探险。我一直对如何构建一个能够执行复杂运算的数字心脏——微处理器——充满好奇，而这本书似乎为我揭示了其中的奥秘。书中详细阐述了从基本的逻辑门到复杂的中央处理器（CPU）的构建过程，每一步都充满了工程的智慧和严谨。我特别着迷于书中关于流水线技术和指令集架构（ISA）的部分，理解这些如何让计算机以惊人的速度处理海量数据，对我来说是一种全新的体验。书中还探讨了各种存储器接口和总线协议的设计，这些是数字系统各个部分之间有效沟通的桥梁。我还在学习书中关于性能优化和错误检测与纠正（EDAC）的内容，这些技术对于保证数字系统的稳定运行至关重要。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一次关于如何用逻辑和电路创造出智能的启迪之旅，让我对数字世界的构建有了更深刻的敬意。

评分☆☆☆☆☆

最近读了《数字系统工程》这本书，感觉就像是在探索数字世界的技术地图。我一直对网络通信和数据传输的底层原理很感兴趣，而这本书正好提供了一个从数字系统层面来理解这些过程的视角。书中详细介绍了各种数字信号处理（DSP）技术，比如滤波器设计和编码解码，这些都是实现高效、可靠通信的关键。我特别被书中关于通信协议栈的讲解所吸引，从物理层到应用层，每一层的设计都充满了智慧和工程的考量。我还在学习书中关于数据压缩和纠错码的内容，这些技术能够有效地提高数据传输的效率和鲁棒性。这本书让我明白了，我们日常使用的各种通信设备，背后都隐藏着如此复杂和精妙的数字系统设计。它不仅让我对通信技术有了更深的理解，也激发了我对更底层信号处理和网络架构的进一步探索欲望。这本书为我打开了一个全新的视野，让我看到了数字系统在现代社会中扮演的关键角色。

评分☆☆☆☆☆

说实话，《数字系统工程》这本书的内容，在我的阅读体验中，仿佛是一场精心编排的交响乐，从最初的几个简单音符，逐渐发展出气势磅礴的乐章。我原本对嵌入式系统的开发有一些接触，但总是感觉自己在底层驱动和应用层之间游离，对于如何构建一个完整、高效的嵌入式系统缺乏一个清晰的脉络。这本书就恰好填补了我的认知空白。书中对硬件抽象层（HAL）和操作系统（OS）在嵌入式系统中的作用进行了深入的剖析，让我理解了如何屏蔽底层硬件的复杂性，从而专注于上层应用的开发。我尤其关注书中关于实时操作系统（RTOS）调度算法和中断处理机制的讲解，这对于开发需要精确时间控制的嵌入式应用至关重要。此外，书中还涉及了固件更新和安全性设计等方面的内容，这对于保障嵌入式设备的长期可靠运行和用户数据安全提供了宝贵的思路。这本书让我看到了一个更加完整的嵌入式系统设计图景，让我对自己未来的学习和工作方向有了更清晰的规划。

评分☆☆☆☆☆

我最近被一本叫做《数字系统工程》的书深深吸引住了。起初，我只是对数字电路基础知识有所了解，但这本书的内容却让我窥见了数字系统设计更为宏观和系统的一面。它不仅仅停留在理论的层面，而是着重于如何将这些理论知识应用于实际的工程设计中。我特别关注了书中关于层次化设计和模块化开发的部分，这对于管理大型、复杂的数字系统至关重要。作者通过大量的案例分析，展示了如何有效地分解问题，并对各个模块进行独立的设计和验证，最终集成到一个完整的系统中。这给我带来了很大的启发，让我认识到良好的系统架构设计是项目成功的关键。此外，书中对设计流程的梳理，从需求分析到最终的测试和部署，都进行了详尽的阐述，这对于任何想要深入数字系统工程领域的人来说，都是一份难得的指南。我还在探索书中关于可重用IP核的设计和应用，这对于提高设计效率和降低开发成本具有重要的意义。总体而言，这本书为我提供了一个清晰的学习路径，让我对数字系统工程有了更全面、更深入的认识。

评分☆☆☆☆☆