Computer Arithmetic

Computer Arithmetic pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Swartzlander, E. (EDT)/ Lemonds, Carl (EDT)
出品人:
页数:1090
译者:
出版时间:2013-8
价格:$ 282.50
装帧:
isbn号码:9780387748832
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机算术
  • 算术运算
  • 数字逻辑
  • 计算机体系结构
  • 硬件设计
  • 浮点数
  • 定点数
  • 二进制算术
  • 误差分析
  • 性能优化
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具体描述

This is a collection of the key papers in floating-point arithmetic. The focus is on hardware implementation using VLSI circuits. Although some of the papers are written by academics, many are by people from industry describing real chips. This comprehensive book will combine collected papers from two previously published volumes into one accessible reference.

好的,以下是一本名为《计算机算术》的图书的简介,此简介着重描述了不包含该书内容,并对其他相关领域进行了详细的阐述,以避免提及《计算机算术》本身的内容,同时确保内容详实且自然: --- 《数字系统设计与逻辑实现:从抽象到物理的跨越》 本书旨在为读者提供一个深入探索现代数字电路和信息处理基础的全面视角,重点关注那些在电子工程、计算机科学和嵌入式系统开发中占据核心地位的设计范畴,同时侧重于系统级别的集成与优化。我们避开了对特定算术运算的底层数学原理的详尽推导,转而聚焦于如何将这些原理转化为高效、可靠的硬件实现,并最终部署到实际的集成电路或FPGA架构中。 本书的架构分为五个主要部分,系统性地引导读者从基础的逻辑门操作,逐步攀升至复杂处理器的结构与验证。 第一部分:基础逻辑与布尔代数的高级应用 本部分首先回顾了布尔代数和最小项、最大项的转换基础,但迅速将重点转移到如何在实际的电路级上对这些抽象概念进行优化。我们深入探讨了卡诺图(Karnaugh Maps)的局限性以及奎因-麦克拉斯基(Quine-McCluskey)算法在处理大规模逻辑表达式简化中的应用。读者将学习如何利用这些工具来设计最小化的组合逻辑电路,从而减少门数量和功耗。 接着,我们详细分析了不同类型的多路复用器(Multiplexers, MUX)和译码器(Decoders)的结构及其在数据选择、编码和解码中的高级应用。重点案例研究包括使用这些基本组件构建有限状态机(FSM)的控制器部分,而不是单纯地构建加法器或乘法器。我们探讨了竞争条件(Hazards)的识别与消除,特别是通过添加冗余逻辑门来确保输出的毛刺(Glitch-free)稳定传输,这是实现可靠数字系统的关键前提。 第二部分:时序逻辑与状态管理 本部分完全聚焦于存储元件和时序控制。我们详尽地剖析了锁存器(Latches)与触发器(Flip-Flops)的内部结构差异,特别是掌握主从结构(Master-Slave)和边沿触发(Edge-Triggered)机制的内在工作原理。在同步电路设计中,时序约束是至高无上的,因此,我们花费大量篇幅讨论了建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)的严格要求,以及如何通过时钟分配网络(Clock Distribution Networks)的优化来最小化时钟偏斜(Clock Skew)。 案例分析集中在移位寄存器(Shift Registers)的设计变体(如环形计数器、通用移位寄存器)及其在数据序列化和并行化中的作用。此外,我们还深入研究了同步计数器的设计,包括异步计数器的“反弹”问题,并提出了使用锁存器或全触发器实现特定模数计数器的技术,而非简单地串联T触发器。 第三部分:组合功能模块的系统集成 本部分超越了基本的逻辑单元,转向构建更复杂的、具备特定功能的硬件模块。我们探讨了数据通路(Datapath)的设计原则,而不是关注数据本身是如何被计算的。这包括并行加法器的结构分析,如携带选择加法器(Carry-Select Adders)和壁式加法器(Carry-Lookahead Adders)的结构拓扑,重点是分析它们在不同延迟模型下的性能权衡。 对于乘法操作,本书侧重于阵列乘法器(Array Multipliers)的结构展开,分析其在功耗和面积上的扩张性,以及如何通过舍入逻辑(Rounding Logic)在固定点运算系统中控制精度损失。我们还介绍了查找表(Look-Up Tables, LUTs)在实现非线性函数或复杂组合逻辑时的巨大优势,并讨论了如何优化LUT的寻址机制。 第四部分:内存结构与数据访问层级 存储系统的设计是现代计算的另一大支柱。本部分详细阐述了静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)单元的物理实现细节,包括SRAM的六晶体管结构、写操作的争议点以及DRAM的刷新周期管理。 更重要的是,我们构建了存储器层次结构的概念模型。这包括设计缓存(Cache)系统的关键参数:关联性(Associativity)(全关联、组关联、直接映射)、替换策略(Replacement Policies)(如LRU的硬件实现难度)、写回/写穿策略。读者将学习如何通过调整这些参数来优化程序对存储器的访问延迟,从而提升整体系统吞吐量。 第五部分:可编程逻辑器件(FPGA)与硬件描述语言(HDL)实战 最后,本部分将理论与工程实践紧密结合。我们详细介绍了现场可编程门阵列(FPGA)的底层架构——查找表单元(LUTs)、布线资源(Routing Resources)和专用积成块(如DSP Slices或Block RAMs)的工作原理。 重点在于如何有效地使用硬件描述语言(HDL,如VHDL或Verilog)来描述上述所有结构。本书提供了大量关于如何编写可综合(Synthesizable)代码的准则,强调避免使用会导致综合工具生成不可预测或低效逻辑的语言结构。内容涵盖了时序约束的编写、门级仿真与后布局仿真的差异,以及如何利用工具进行静态时序分析(STA)以确保设计在目标时钟频率下稳定运行。 --- 本书的目标读者是那些已经掌握了基础的数字逻辑符号表示,并希望深入理解如何将这些逻辑转化为高性能、可验证的物理硬件实现的工程师和高级学生。它提供了一个关于硬件架构、时序控制和集成优化的坚实基础,完全聚焦于系统的构建而非特定数值计算方法的研究。

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读后感

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用户评价

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这本书的章节结构安排得像是随机拼凑起来的讲义集合,缺乏一个连贯的叙事主线。比如,它可能在第三章突然插入了一段关于非标准算术系统(如负数基数系统)的讨论,然后下一章又跳回到最基本的二进制加法器设计,两者之间没有建立起任何有逻辑的桥梁。对于学习者来说,这种跳跃式的知识呈现方式极大地增加了知识点之间的联系难度,很难形成一个整体的概念框架。我期待的阅读体验是,从最底层的逻辑门开始,逐步构建加法器、乘法器,然后过渡到浮点表示,最终探讨高性能实现和误差分析,形成一个清晰的知识进阶路径。但这本书的体验是,你永远不知道下一页会是什么主题,也找不到一个可靠的“锚点”来定位你当前学习的内容在整个算术体系中的位置。这种混乱的组织结构,使得复习和查找特定知识点都变得异常困难,严重影响了作为参考书的实用价值,让人不禁怀疑其编写过程是否经过了严格的学术审查和教学法设计。

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这本书的封面设计简洁大气,但内容嘛,只能说是一言难尽。我本来是冲着这个领域里比较深入的探讨来的,希望能找到一些关于现代计算机架构下,浮点运算精度和性能优化的前沿见解。结果呢,这本书似乎更专注于对基础概念的重复阐述,仿佛是写给完全没有相关背景的初学者看的入门指南。它花了大量篇幅去解释二进制补码、定点数的加减乘除这些高中数学水平的内容,翻阅过程中,我一直在寻找那些能让我眼前一亮的技术细节或者复杂的算法剖析,比如如何在高并行度的处理器上实现高效的无冲突操作,或者针对特定指令集架构(ISA)的优化技巧。然而,这些“干货”几乎没有。更糟糕的是,很多章节的组织逻辑混乱,概念的引入显得非常生硬,缺乏一个清晰的理论推导过程。举个例子,在介绍乘法算法时,它仅仅停留在最基础的移位相加,对于如Booth算法、华莱士树结构这样的标准优化手段,要么一带而过,要么干脆就没有提及。对于一个期待能提升工程实践能力的人来说,这本书提供的价值实在太过有限,读完之后感觉知识体系几乎没有得到任何实质性的扩展,更像是在浪费时间重温陈旧的知识点。

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我购买这本书的初衷是想系统性地梳理一下关于区间算术(Interval Arithmetic)在误差分析中的应用。我知道这是一个既古老又常新的数学分支,对于确保科学计算结果的可靠性至关重要。然而,在我的阅读体验中,这本书对于这些高级主题的处理显得极其草率和肤浅。它似乎将“计算机算术”简单等同于“整数和浮点数的加减乘除”,对于涉及不确定性、近似计算和误差界定的严肃讨论避而不谈。例如,它没有深入探讨如何设计高效的区间数据类型,也没有讨论如何在编译层面实现区间运算的自动转换和优化,这些都是现代数值分析软件的核心能力。书中对于舍入误差的讨论仅停留在IEEE 754标准的表面描述,缺乏对不同舍入模式(向零、向负无穷等)在迭代算法中带来的长期影响的实证分析。感觉作者更像是一个理论介绍者,而不是一个解决实际数值问题的工程师。如果你的研究方向或工作要求你处理计算的可信赖性问题,这本书提供的知识深度是远远不够的,它最多只能作为名词的快速查阅手册。

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这本书的排版和图表质量让我产生了强烈的阅读障碍。首先,字体选择和行间距的处理让人感觉非常拥挤和压抑,长时间阅读下来眼睛非常疲劳。其次,书中引用的那些流程图和逻辑框图,很多都是低分辨率的黑白线条图,很多关键的控制信号线和数据流路径模糊不清,根本无法有效帮助理解复杂的硬件实现细节。举例来说,在描述一个串行乘法器的结构时,我需要仔细辨认那些连接点和寄存器的功能,而清晰的图示本应是这种场合的最佳辅助工具,结果却成了理解的绊脚石。这种低劣的视觉呈现,极大地削弱了原本可能存在的教学效果。一个关于“算术”的专业书籍,其核心在于清晰地展现数据流和逻辑控制,但这本书在这方面做得极其失败。它似乎更像是一份未经充分编辑和校对的内部技术文档,而不是面向大众出版的正式教材。我非常不推荐任何需要通过图表来直观学习底层逻辑的读者选择这本书,除非你有极强的毅力和对低质量印刷品的容忍度。

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读完这本所谓的“计算机算术”专著,我最大的感受是作者的视野似乎还停留在上个世纪八十年代的教科书水平。我尤其失望的是它在处理现代计算环境下的挑战,比如大规模并行处理(MPP)中的误差累积问题,以及GPU等异构计算平台上的数值稳定性。这本书通篇洋溢着一种过时的气息,对于非对称加密算法中涉及的大数运算(如RSA、ECC)中的模幂运算的优化策略,只字未提,这在当前的密码学和安全领域是至关重要的组成部分。更别提关于向量化指令(SIMD)对算术运算性能提升的系统性分析了。我期待看到的是如何利用现代CPU的AVX-512或者ARM的Neon指令集来加速矩阵运算或者傅里叶变换,但这本书里只有对最基础的位操作的啰嗦描述。它完全错失了将理论与当前最尖端的硬件架构相结合的机会,使得全书内容即便对于本科阶段的学生来说,也显得不够扎实和前沿,更别提专业研究人员了。我不得不说,这本书在内容的前沿性和深度上,完全不匹配它的定价和在专业领域的定位。

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