Digital Design and Computer Organization pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Farhat, Hassan A.

出品人:

页数:512

译者:

出版时间:2003-12

价格:$ 135.54

装帧:HRD

isbn号码:9780849311918

丛书系列:

图书标签:

数字设计
计算机组织
计算机体系结构
数字逻辑
汇编语言
硬件描述语言
Verilog
VHDL
计算机系统
嵌入式系统

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具体描述

Digital Design and Computer Organization introduces digital design as it applies to the creation of computer systems. It summarizes the tools of logic design and their mathematical basis, along with in depth coverage of combinational and sequential circuits. The book includes an accompanying CD that includes the majority of circuits highlighted in the text, delivering you hands-on experience in the simulation and observation of circuit functionality. These circuits were designed and tested with a user-friendly Electronics Workbench package (Multisim Textbook Edition) that enables your progression from truth tables onward to more complex designs.This volume differs from traditional digital design texts by providing a complete design of an AC-based CPU, allowing you to apply digital design directly to computer architecture. The book makes minimal reference to electrical properties and is vendor independent, allowing emphasis on the general design principles.

《数字逻辑与计算机系统基础》内容简介：本书旨在为学习数字电子学和计算机体系结构的学生提供一个全面而深入的基础性指南。全书结构清晰，内容涵盖了从最基本的布尔代数到复杂的多级处理器设计，旨在帮助读者建立扎实的理论基础，并能将其应用于实际的硬件设计与分析中。第一部分：数字逻辑基础本部分系统地介绍了数字系统的基本构建模块。我们从信息表示和编码开始，详细阐述了二进制、十六进制等不同数制之间的转换，以及有符号和无符号数的表示方法，包括补码系统的深入讨论，这对后续的算术运算至关重要。随后，本书深入探讨了布尔代数和逻辑门。我们不仅详细介绍了基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）及其真值表，还着重讲解了布尔代数的基本定理、德摩根定律以及化简代数表达式的常用方法，如卡诺图（Karnaugh Map）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法，确保读者能够高效地设计和优化组合逻辑电路。在组合逻辑电路设计方面，我们涵盖了加法器（半加器、全加器）、减法器、多路选择器（MUX）、译码器（Decoder）、数据分配器（Demultiplexer）和比较器等核心组件。每个组件的原理和设计步骤都配有详细的图示和实例分析。接着，本书转向时序逻辑电路。我们详细剖析了锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）的工作原理，特别是SR、D、JK和T型触发器的状态转移图和特性方程。在此基础上，我们构建了寄存器、移位寄存器和不同类型的计数器（异步和同步计数器，环形计数器和Johnson计数器），并讨论了有限状态机（FSM）的设计方法，包括米利（Mealy）型和摩尔（Moore）型机器的建模和实现。第二部分：硬件描述语言与可编程逻辑为了与现代电子设计流程接轨，本书引入了硬件描述语言（HDL）作为设计和验证的工具。我们选择VHDL或Verilog（取决于具体版本侧重，此处假定涵盖主流风格）作为主要的描述语言。我们从基本的结构级建模开始，逐步过渡到数据流级和行为级建模。通过大量的代码示例，读者将学会如何使用HDL来精确描述组合逻辑和时序逻辑的行为。本部分还专门讨论了可编程逻辑器件（PLD）的结构，包括可编程只读存储器（PROM）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）。我们解释了这些器件的内部架构，以及如何将使用HDL设计的电路映射到实际的硬件资源上进行实现和调试。第三部分：计算机系统组织结构在掌握了基础数字电路后，本书的重点转移到如何利用这些组件构建一个完整的计算机系统。我们从冯·诺依曼体系结构入手，详细介绍了CPU、内存、输入/输出设备之间的基本交互模式。处理器（CPU）的设计是本部分的核心内容。我们首先分析了指令集体系结构（ISA）的基本概念，包括指令格式、寻址模式和数据通路中的寄存器组织。随后，我们详细分解了中央处理器的核心——数据通路的设计。这包括算术逻辑单元（ALU）的详细实现（不仅限于基本的加减乘除，还包括逻辑运算和移位操作的单元设计），以及数据如何在寄存器堆和ALU之间流动。时序控制单元的设计被分为硬连线控制和微程序控制两种方法。对于硬连线控制，我们展示了如何使用组合逻辑电路来生成精确的控制信号序列，以执行特定的指令。对于微程序控制，我们探讨了微指令的结构、微码的存储以及微程序控制器的工作流程，并比较了这两种控制方法的优缺点。第四部分：存储器和I/O系统本部分着眼于计算机系统的层次化存储结构。我们首先详细分析了存储器技术，包括静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的单元结构和读写操作。我们讲解了如何构建更大容量的存储器模块，以及存储器地址译码的原理。随后，本书深入探讨了存储器层次结构中的关键技术——Cache存储器。我们详细分析了Cache的映射方式（直接映射、全相联映射和组相联映射），块的替换策略（如LRU），以及写操作的管理策略（写直通法和写回法）。这些机制对于理解现代处理器的高速运行至关重要。最后，我们概述了输入/输出（I/O）系统的基本组织。这包括I/O设备与CPU之间的数据传输方式，如程序控制I/O、中断驱动I/O以及直接内存访问（DMA）。我们还简要介绍了总线结构，包括总线仲裁和冲突解决的基本概念，这是连接系统各个组件的桥梁。本书的特点在于理论的严谨性与工程实践的紧密结合。每一章都配有大量的练习题和设计挑战，旨在培养读者的系统级思维和解决实际问题的能力。通过对这些核心概念的系统学习，读者将能够深刻理解现代数字系统和计算机硬件的工作原理。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计颇具匠心，那种略带复古的蓝色调，加上清晰的字体排版，让人一眼就能感受到它扎实的学术底蕴。初翻开目录，我便被其内容广度所吸引。它似乎不仅仅局限于基础的逻辑门和布尔代数，更深入到了现代计算机架构的精髓。尤其是关于流水线技术和缓存一致性模型的那几章，作者的讲解深入浅出，即便是初次接触这些复杂概念的读者，也能凭借清晰的图示和循序渐进的推导过程，迅速掌握要领。我印象最深的是作者在处理并行处理单元设计时的那种系统性思维，他没有简单地罗列各种架构的优缺点，而是从功耗、延迟和面积（PPA）这三个核心指标出发，构建了一个完整的评估框架。这对于我们这些希望未来从事高性能计算领域的研究生来说，简直是如获至宝。书中大量的习题设计也极其巧妙，它们往往不是简单的概念复述，而是要求读者进行实际的设计权衡和性能分析，极大地锻炼了读者的工程实践能力，真正做到了理论与实践的完美结合。

评分☆☆☆☆☆

最让我感到惊喜的是，这本书在处理新兴技术趋势方面并没有掉队。虽然它的基础框架非常稳固，涵盖了经典冯·诺依曼架构的方方面面，但它在结尾部分对量子计算对经典逻辑设计潜在影响的探讨，以及对近阈值电压（Near-Threshold Computing）设计的初步介绍，显示了作者对未来技术发展方向的敏锐把握。这种前瞻性使得这本书不仅仅是一份对历史经典的总结，更是一份面向未来的路线图。例如，书中对非冯·诺依曼架构（如存内计算/Processing-in-Memory）的讨论，清晰地指出了当前计算瓶颈的本质所在，并预示了硬件设计人员未来可能需要突破的方向。阅读完后，我深感自己在理解现代芯片设计挑战时，视野得到了极大的拓宽。它教会我如何用历史的眼光去看待当下的技术选择，并保持对下一代计算范式的警觉和探索精神。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个非常偶然的机会下接触到这本书的，当时我正在为一个嵌入式系统的项目寻找一份可靠的参考资料，希望能将软件层面的优化与底层的硬件特性更紧密地结合起来。这本书的第三部分，专门论述了指令集架构（ISA）对编译器优化效率的影响，这对我启发极大。作者对RISC-V架构的介绍非常详尽且富有洞察力，他不仅阐述了指令集的固定长度和正交性的优势，更细致地剖析了其在功耗受限设备上的适用性。特别是关于位域操作和访存指令的讲解，配上了细致的时序图，让我立刻明白了为什么某些看似简单的汇编操作在实际硬件上会产生巨大的性能差异。这本书的叙事风格非常沉稳、理性，没有太多花哨的辞藻，但每一个论点都建立在坚实的理论基础之上，引用了大量经典的计算机科学论文作为佐证，这使得内容的权威性不言而喻。对于想跳出“黑箱”思维，真正理解CPU如何执行每一条指令的工程师来说，这本书无疑是一本里程碑式的著作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，可以说达到了教科书的顶级水准。在涉及复杂的多级反馈和状态机图时，图表的清晰度和标注的准确性令人印象深刻。我特别欣赏作者在处理存储层次结构时所采用的视角——不是孤立地看SRAM和DRAM，而是将整个内存系统视为一个统一的、目标驱动的性能优化层级。关于虚拟内存管理和TLB（转换后援缓冲器）的章节，处理得尤为精彩。作者通过一个假想的多任务操作系统环境，动态地展示了页表查找的开销以及TLB未命中时如何影响整体的指令执行周期。这使得抽象的内存管理概念变得具象化、可感知。我过去在其他教材中对这部分内容一直感到困惑，但阅读此书后，我对现代操作系统如何巧妙地平衡抽象、保护和性能之间的矛盾有了豁然开朗的理解。这本书的深度和广度，绝对值得它在书架上占据一个核心位置。

评分☆☆☆☆☆

老实说，一开始我担心这本书会过于偏重理论推导而显得枯燥乏味，毕竟很多数字电路教材都会陷入公式的泥潭。然而，这本书成功地避开了这种陷阱。它将理论的严谨性与工程应用的生动性完美地融合在了一起。例如，在讲解时序逻辑电路设计时，作者没有停留在抽象的触发器模型上，而是立即引入了锁存器（Latch）到触发器（Flip-Flop）的转换问题，并详细讨论了亚稳态（Metastability）的成因及其在系统同步中的处理策略。书中大量的案例研究，比如一个简化的CPU控制单元设计流程，简直就像是一堂大师级的公开课。它不仅仅告诉你“应该怎么做”，更重要的是解释了“为什么这么做是最佳选择”。阅读过程中，我感觉自己像是站在一位经验丰富的老教授身边，他不仅传授知识，更传授一种看待和解决复杂系统问题的正确方法论，这种思维层面的提升，远超出了单纯的技术学习范畴。

评分☆☆☆☆☆