Computer Engineering: A DEC View of Hardware Systems Design pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Digital Press

作者:C. Gordon Bell

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1978

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780932376008

丛书系列:

图书标签:

计算机工程
硬件系统设计
DEC
计算机体系结构
数字逻辑设计
嵌入式系统
系统设计
计算机硬件
工程学
技术

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具体描述

数字逻辑与微处理器设计：从基础原理到系统实现本书深入探讨了数字电子学和微处理器系统的核心概念与实践应用。它旨在为读者提供构建和理解现代计算设备所需的坚实理论基础和动手能力。全书内容结构清晰，逻辑严谨，从最基本的逻辑门开始，逐步深入到复杂的系统级设计，覆盖了从硬件描述语言（HDL）到现代处理器架构的各个关键环节。第一部分：数字系统基础本部分是理解后续所有内容的基础。我们首先从布尔代数和逻辑门原理入手，详细阐述了如何使用最小化的逻辑表达式来实现特定的数字功能。这包括对AND, OR, NOT, XOR等基本逻辑门及其组合逻辑电路（如编码器、译码器、多路复用器、加法器和乘法器）的深入分析。重点讨论了卡诺图（Karnaugh Maps）和Quine-McCluskey方法在逻辑函数化简中的应用，强调了在实际电路设计中实现最优化和功耗最小化的重要性。随后，我们转向时序逻辑电路。这部分详细介绍了触发器（Flip-Flops，包括SR, JK, D, T型）的工作原理及其在构建存储单元中的作用。基于触发器，我们将构建更复杂的时序电路，如寄存器（Registers）和计数器（Counters），包括同步和异步计数器的设计与分析。对状态机的引入是本部分的关键，通过有限状态机（FSM）模型，读者将学会如何设计和实现控制逻辑，这是任何复杂数字系统的核心组成部分。Moore模型和Mealy模型的比较分析，以及状态图和状态表的绘制，将为读者提供强大的系统建模工具。第二部分：硬件描述语言与可编程逻辑随着集成电路技术的发展，直接使用门级电路进行大规模系统设计变得不切实际。因此，本部分聚焦于现代电子设计自动化（EDA）的核心工具——硬件描述语言（HDL）。本书选择VHDL和Verilog两种主流语言进行系统性的介绍和对比。对于VHDL，我们将详细讲解其结构（库、实体、架构）、数据类型、并发与顺序语句以及过程块的使用。重点在于如何使用这些语言的高级抽象层次（如数据流和行为级描述）来清晰地表达电路的功能，而不是仅仅描绘门电路连接。在Verilog方面，我们将涵盖其模块化结构、信号赋值、结构化建模和行为建模技术。重点探讨了如何有效地使用`always`块、组合逻辑和时序逻辑的描述方式。通过大量的代码示例，读者将掌握如何将前一部分学到的逻辑理论直接转化为可综合的HDL代码。本部分的高潮是将HDL设计综合到实际的硬件平台上。我们将深入探讨可编程逻辑器件（PLD）的家族，特别是复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）。内容将包括逻辑单元（LUTs）的工作原理、资源映射、时序约束的设定，以及如何使用综合和布局布线工具链将HDL代码转换为可下载到FPGA的比特流文件。这部分强调了综合设计流程的实践性，包括设计验证和时序驱动的优化。第三部分：存储器系统与总线结构计算系统的心脏离不开高效的存储器访问。本部分着重分析不同类型的存储器及其在系统中的组织方式。我们将从静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的单元结构和读写时序开始。接着，探讨半导体存储器的层次结构，包括只读存储器（ROM）、闪存（Flash Memory）等。重点在于存储器控制器和存储器管理单元（MMU）的设计思想。读者将学习如何设计控制逻辑以管理内存的地址解码、刷新操作和数据传输仲裁。在系统互连方面，本书深入剖析了总线结构。我们将分析典型的系统总线（如PCIe、AMBA AXI）的协议、仲裁机制、突发传输和握手信号。理解总线事务的完整生命周期，对于设计高性能的I/O接口和多处理器系统至关重要。这部分将通过分析实际的总线时序图，使抽象的总线概念具体化。第四部分：微处理器架构与流水线本部分将读者的知识提升到系统级的核心——微处理器。我们将以经典的精简指令集计算（RISC）架构为蓝本，详细解构处理器的工作流程。首先，我们将探讨指令集架构（ISA）的设计原则，包括指令格式、寻址模式和汇编语言的映射。然后，我们深入到数据通路的设计，包括程序计数器（PC）、指令寄存器、通用寄存器堆、算术逻辑单元（ALU）的设计与互联。最重要的部分是对指令流水线（Pipelining）技术的深入剖析。我们将研究五级流水线（取指、译码、执行、访存、写回）的结构，并详细分析流水线操作中出现的关键问题：数据冒险（Data Hazards）、控制冒险（Control Hazards）以及结构冒险。针对这些问题，本书详细介绍了转发（Forwarding/Bypassing）技术和分支预测机制（如分支目标缓冲器BTB）的硬件实现。通过对这些技术的分析，读者将理解如何通过优化硬件结构来最大化指令吞吐量。第五部分：输入/输出与中断处理现代计算系统需要与外部世界交互。本部分关注I/O设备和处理器之间的数据交换机制。我们将分析程序控制的数据传输、中断驱动的数据传输以及直接存储器存取（DMA）三种主要的I/O方式。中断处理是实时和响应式系统的关键。本书详细描述了中断的产生、优先级编码、上下文保存与恢复过程。我们将设计一个完整的中断控制器（Interrupt Controller）模型，解释向量中断和非向量中断的区别，以及如何通过硬件和软件协同工作来确保高效且可靠的外部事件响应。结论本书的最终目标是培养读者从底层逻辑门到复杂处理器流水线设计能力的完整视角。通过理论学习与基于HDL的实践相结合，读者将能够独立分析、设计和验证高性能的数字硬件系统。所介绍的每一个模块和概念都紧密联系着现代电子工程和计算机体系结构的前沿实践。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的价值或许在于它对“工程取舍”（Engineering Trade-offs）哲学的深度挖掘。在许多现代教材中，我们往往被告知“最佳实践”，而这本书则毫不留情地揭示了“最佳”是如何在多个相互冲突的需求中艰难诞生的。例如，在谈论指令集架构（ISA）设计时，作者并没有将RISC或CISC中的某一方奉为圭臬，而是通过历史案例说明，不同的应用场景、不同的市场定位，必然导向不同的最优解。这种批判性的视角，教会我如何跳出非黑即白的思维定势。读到后来，我发现这本书更像是一本关于“决策科学”的读物，只不过它的载体是硅片和PCB。那些关于调试和故障排除的轶事，虽然篇幅不长，却比任何长篇大论都更有教育意义，它们证明了再完美的理论设计，也需要在面对真实世界中的噪声和不确定性时，展现出极大的韧性。

评分☆☆☆☆☆

从排版和插图的质量来看，这本书显然是投入了极大的心血。它避开了那种充斥着廉价黑白线条图的传统教材的沉闷感。那些关于芯片布局和系统框图的插图，不仅清晰准确，而且在视觉上极具说服力，它们仿佛是在引导读者的目光，精确地指出了关键的瓶颈和创新点。我尤其赞赏作者在解释复杂时序逻辑时所采用的类比手法，虽然内容是关于硬件的，但那种将物理世界中的现象映射到电子信号流上的描述，非常精妙，使得原本晦涩难懂的状态机和流水线概念变得鲜活起来。此外，书中对设计文档和早期原型制作过程的片段引用，那种略带粗粝感的文字，反而增添了一种无可替代的真实感，仿佛能闻到实验室里氧化锡的微弱气味。这绝不是一本可以被轻易“扫过”的书，它要求读者慢下来，细细品味每一个图表背后的深意。

评分☆☆☆☆☆

总体而言，这本书散发着一种独特的、历经时间考验的沉淀感。它不像那些追逐最新热点技术的书籍那样浮躁，而是专注于那些构成现代计算基石的、不易过时的核心原则。对于那些希望深入理解计算机系统内核的读者来说，这是一次不可多得的宝藏之旅。我个人最大的收获，是理解了为什么某些设计决策会具有长久的生命力——因为它们植根于对信息处理基本规律的深刻洞察，而非暂时的技术潮流。书中的语言风格是严谨而优雅的，没有过度使用当下流行的网络词汇或技术术语的堆砌，保持了一种学术上的庄重，同时又因为融入了大量的行业内部视角，使得阅读过程充满了一种“内部人士揭秘”的乐趣。我强烈推荐给所有对硬件设计历史、架构演进或系统思维感兴趣的人，它提供的视角是任何纯粹的算法或软件书籍都无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏感极强，它成功地捕捉到了硬件设计迭代的脉搏。开篇的章节，那种对基础架构的追溯，并非枯燥的罗列，而是带有强烈的“为什么是这样”的探寻精神。它没有直接跳到最新的技术名词，而是耐心地搭建起一个逻辑地基，让你明白为何某些设计范式会流行，又为何会被新的范式所取代。尤其是在讨论总线架构和内存层级结构的部分，作者采用了对比分析的手法，将不同代际系统的优缺点剖析得入木三分。这使得即便是对这方面背景知识不太熟悉的新手，也能迅速建立起对系统复杂性的直观认识。更让我感到惊喜的是，书中对“系统思维”的强调，它反复提醒读者，硬件设计绝非孤立的元件堆砌，而是一个涉及软件、编译器、乃至用户体验的整体生态构建。这种宏观视野的引导，对于当下许多专注于狭窄技术栈的年轻工程师来说，无疑是一剂清醒剂。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度实在令人惊叹，它不仅仅是一本关于计算机工程的教科书，更像是一部活生生的历史见证录，记录了数字时代初期硬件设计哲学的演变。我尤其欣赏作者在描述早期系统设计决策时的那种细腻和坦诚。比如，他们如何权衡性能、成本和可维护性，这些决策在今天看来，有些可能显得“老派”，但在当时的资源限制下，却是极其智慧的平衡艺术。书中对特定集成电路（IC）设计流程的剖析，即便是现在看来，也充满了洞察力。它没有停留在纯粹的理论推导上，而是紧密结合了DEC（数字设备公司）实际操作中的具体案例，让我们得以窥见一个行业巨头是如何将抽象的逻辑转化为物理实体的。阅读过程中，我仿佛置身于那个充满挑战与机遇的年代，感受着工程师们如何在有限的晶体管预算内，挖掘出惊人的计算潜力。这种将工程实践与历史背景无缝结合的叙事方式，极大地提升了阅读体验，让人在学习技术细节的同时，也领略到了工程美学的高级形态。

评分☆☆☆☆☆