Introduction to Logic and Computer Design pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:McGraw-Hill Companies

作者:Alan B. Marcovitz

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2008-01

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780073529493

丛书系列:

图书标签:

逻辑设计
计算机设计
数字逻辑
计算机组成原理
逻辑电路
布尔代数
Verilog
VHDL
计算机体系结构
数字系统设计

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具体描述

《计算机系统的奥秘：从逻辑到架构的探索》本书旨在为读者深入揭示计算机系统运作的核心原理，从最基础的逻辑门电路构建，逐步演进至复杂计算机体系结构的精妙设计。我们并非直接教授“逻辑与计算机设计”这本具体的教材内容，而是从更广泛的视角，邀请您一同踏上一场探索计算机“如何思考”的旅程。第一部分：逻辑世界的基石——布尔代数与数字电路在一切复杂计算的背后，是那个看似简单的二进制世界。本部分将带领您回溯到数字逻辑的源头。您将学习到：布尔代数：掌握逻辑变量、逻辑运算（AND, OR, NOT, XOR等）以及它们在代数表达式中的运用。理解如何使用真值表来描述和简化逻辑函数。我们将探讨如何将实际问题抽象为逻辑模型，为后续的硬件设计打下坚实的基础。组合逻辑电路：从最基本的门电路出发，学习如何构建半加器、全加器、多路选择器、译码器等核心组合逻辑模块。理解这些模块如何协同工作，实现基本的算术和逻辑运算。您将学习到卡诺图和布尔代数化简等方法，优化电路设计，提高效率。时序逻辑电路：引入“时间”的概念，探讨触发器（D触发器、JK触发器等）如何存储状态，以及它们如何构成分频器、计数器、移位寄存器等时序电路。理解时序电路在构建内存、状态机等关键计算机组件中的作用。第二部分：指令的语言——指令集架构（ISA）硬件的计算能力最终需要通过指令来驱动。本部分将聚焦于计算机与软件之间的接口——指令集架构。您将了解：指令的本质：学习计算机能够理解和执行的最基本的操作指令，包括数据传输、算术逻辑运算、控制转移等。理解不同指令格式的设计理念及其对效率的影响。寻址模式：探索数据在内存中被访问的各种方式，如立即数寻址、寄存器直接寻址、基址寻址、变址寻址等。理解不同的寻址模式如何影响指令的灵活性和执行效率。简单指令集的设计：通过模拟一个简单的指令集，理解设计一个完整ISA所需要考虑的要素，例如指令集的完备性、一致性以及与硬件资源的匹配度。汇编语言的初步：简要介绍汇编语言作为机器码的符号化表示，帮助您理解高级语言是如何被翻译成计算机可以直接执行的指令序列的。第三部分：计算机的“大脑”——处理器（CPU）设计本部分将把前两部分的知识融会贯通，深入剖析中央处理器（CPU）的核心设计。您将学习到： CPU的基本结构：了解CPU的几个关键组成部分，如算术逻辑单元（ALU）、寄存器文件、控制单元和指令读取/解码逻辑。指令的执行过程：详细剖析一条指令从取指令、指令译码、执行、访存到写回的完整周期。理解数据通路和控制信号如何在指令周期内流动。流水线技术：学习如何通过将指令的执行分解为多个阶段，让不同指令的阶段并行执行，从而大幅提升CPU的吞吐量。探讨流水线冲突及其解决方法，如分支预测。 RISC与CISC理念：简要介绍两种主流的指令集架构设计哲学，理解它们各自的优势和劣势，以及它们对处理器设计的深远影响。第四部分：数据与指令的存储——存储器层次结构没有高效的存储机制，强大的处理器也无法充分发挥其潜力。本部分将探讨计算机的存储系统：内存（RAM）与外存：区分随机访问存储器（RAM）和长期存储设备（如硬盘、固态硬盘）的特性，理解它们在计算机系统中的不同角色。存储器层次结构：解释为什么需要将存储设备组织成一个层次结构，从速度最快的寄存器到速度最慢的硬盘。缓存（Cache）原理：深入理解CPU缓存的工作原理，包括缓存的组织方式（直接映射、组相联、全相联）、缓存块、命中与未命中、以及缓存替换策略。学习缓存如何通过局部性原理提高数据访问速度。虚拟内存：介绍虚拟内存的概念，以及它如何通过内存管理单元（MMU）实现进程隔离、扩大程序可访问的地址空间，并与磁盘交换数据。第五部分：协同工作的艺术——总线、I/O与多核计算机系统是一个由多个组件协同工作的复杂整体。本部分将目光投向组件之间的通信与协作：总线系统：理解CPU、内存和I/O设备之间如何通过总线进行通信。学习数据总线、地址总线和控制总线的功用，以及总线仲裁的必要性。输入/输出（I/O）系统：介绍I/O设备如何与CPU交互，包括程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）。理解I/O接口电路的作用。多处理器与多核：探讨如何通过增加处理器核心来提升计算性能。简要介绍多核处理器带来的挑战，如缓存一致性、任务调度和并行编程等。结语通过对本书内容的学习，您将不再仅仅将计算机视为一个黑箱，而是能够理解其内部精密的逻辑设计和高效的体系结构。我们将帮助您建立起一个坚实的计算机科学基础，为进一步深入学习操作系统、编译原理、计算机网络等更高级的课题铺平道路，使您能够更深刻地理解现代计算技术的发展脉络，并为未来的创新与实践奠定不可或缺的知识基石。