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出版者:

作者:David Harris

出品人:

页数:712

译者:

出版时间:2012-8-15

价格:$ 101.64

装帧:Paperback

isbn号码:9780123944245

丛书系列:

图书标签:

• 计算机科学
• 计算机
• 体系结构
• programming
• CPU
• 程序设计
• IC
• 计算机系统
• Digital Design
• Computer Architecture
• Electronics
• Circuit Design
• Software Hardware
• Intermediate Level
• Combinatorial Logic
• Sequential Logic
• Digital Systems

《高级嵌入式系统设计：从硬件到软件的深度融合》 书籍概述 本书是一部面向资深工程师、高级研究人员和对嵌入式系统有深入追求的读者的专业著作。它摒弃了对基础数字逻辑和基本计算机体系结构的重复介绍，直接深入到当代嵌入式系统设计的核心挑战与尖端技术。全书聚焦于如何构建高性能、低功耗、高可靠性的复杂嵌入式平台，涵盖了从底层硬件架构选择、硬件描述语言的精细优化，到实时操作系统（RTOS）的高级配置与驱动程序开发，再到系统级安全与性能分析的完整流程。 第一部分：异构计算平台与定制化架构 本部分详细探讨了现代嵌入式系统不再是单一CPU的时代特征，而是倾向于采用高度异构的计算模型。 第一章：多核与片上系统（SoC）的拓扑结构 深入分析了现代SoC的内部互联结构，包括总线架构（如AXI、NoC）的设计哲学。重点阐述了如何选择合适的互联矩阵来平衡带宽、延迟和功耗。讨论了片上内存层次结构（L1/L2/L3缓存、共享SRAM）的优化策略，特别是针对非对称多核处理器（如ARM big.LITTLE或定制化DSP/FPGA组合）的缓存一致性协议（MESI、MOESI）在嵌入式场景下的实际应用与调试方法。 第二章：可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）与硬件加速 本书将FPGA视为加速器而非简单的逻辑替代品。详尽讲解了基于硬件描述语言（VHDL/Verilog）进行高性能数据通路设计的方法论。内容包括：流水线设计（Pipelining）、资源共享优化、时序收敛的极端技巧，以及如何使用高层次综合（HLS）工具链将C/C++代码高效转化为硬件逻辑，实现自定义指令集扩展或硬件加速模块（如图像处理、密码学运算单元）。重点分析了FPGA与处理器之间的高速接口（如PCIe、AXI Stream）的驱动与握手机制。 第三章：专用计算单元（IPU/NPU/GPU）的集成与驱动 探讨了专用智能处理器（如NPU、VPU）在边缘计算中的作用。阐述了如何通过固件和驱动程序实现这些专用IP核与主CPU之间的任务卸载（Offloading）。内容涉及异构计算框架（如OpenCL Embedded、SYCL）在资源受限环境下的调优，以及如何管理不同处理器间的数据同步和内存映射访问。 第二部分：实时性、并发性与系统软件 本部分聚焦于确保嵌入式系统在时间敏感性、资源受限和高并发环境下的可靠运行。 第四章：高级实时操作系统（RTOS）内核机制 不再局限于FreeRTOS的基础任务管理，而是深入探讨如QNX、VxWorks或高精度Linux内核（PREEMPT_RT）的核心机制。细致分析上下文切换的成本、中断延迟的量化分析、以及如何实现确定性调度算法（如固定优先级继承、优先级天花板协议）来避免优先级反转和死锁。探讨了内存保护单元（MPU/MMU）在隔离关键任务与非关键任务中的配置。 第五章：设备驱动与总线交互的深度实践 此章是连接硬件与操作系统的桥梁。详细讲解了复杂的设备驱动程序（如PCIe驱动、USB 3.0控制器驱动）的编写规范和性能瓶颈分析。重点讨论了直接内存访问（DMA）的工程实现，包括环形缓冲区设计、Scatter-Gather机制的配置，以及如何通过精准控制硬件寄存器来最小化CPU干预。 第六章：固件与引导链（Boot Chain）的安全性与可靠性 系统性地剖析了从上电复位（POR）到操作系统启动的完整流程。详细介绍了安全启动（Secure Boot）的机制，包括信任根（RoT）的建立、数字签名验证过程，以及固件更新（OTA）的原子性与回滚策略。讨论了在资源受限的微控制器上实现可靠的启动加载器（Bootloader）设计技巧，包括分区管理与冗余映像存储。 第三部分：性能调优、功耗管理与系统验证 本部分关注系统级的工程优化，以满足苛刻的性能和能效指标。 第七章：嵌入式系统的功耗敏感设计 系统地介绍了各种功耗管理技术。深入分析了动态电压与频率调节（DVFS）在不同负载下的最优策略。讨论了时钟门控、电源门控在SoC层面的实现，并展示了如何通过软件（如内核电源驱动）与硬件（PMIC）协同工作，实现微秒级的功耗状态切换，以满足严格的电池寿命要求。 第八章：性能分析与瓶颈诊断 介绍了一系列先进的性能分析工具和方法论，用于诊断复杂异构系统中的性能瓶颈。内容包括：硬件性能计数器（PMC）的使用、系统级跟踪工具（如SystemTap/ETW）的应用，以及如何通过指令级模拟器和功耗模型来预测新架构的性能表现。重点讲解了如何区分缓存未命中、总线争用和软件等待状态。 第九章：容错性与功能安全 面向汽车电子、医疗设备等高可靠性领域的需求，本章探讨了实现功能安全（如ISO 26262）的硬件和软件冗余技术。内容包括：错误检测与纠正（EDAC）机制在内存和总线通信中的应用、双核锁步（Lock-Step）架构的软件同步策略，以及故障注入测试（Fault Injection Testing）的设计与执行，以验证系统的安全状态转换能力。 结论 本书不提供基础代码示例或简单的“Hello World”项目，而是将重点放在概念的深度解析、设计选择背后的权衡分析，以及解决业界最棘手的高级工程问题的实践方法论上。它旨在成为系统架构师和资深嵌入式开发人员案头的必备参考手册。

评分☆☆☆☆☆

http://www.netyi.net/Book/e0e11b00-9a1e-46cf-bddd-28948d5be055.htm

评分☆☆☆☆☆

这本书我当时在设计CPU时细读过6、7章，感觉在实践方面的话是相当不错的。第七章的三个例子都很不错，实践一下对计算机组成和计算机系统结构都有挺大的帮助。  

评分☆☆☆☆☆

这本书我当时在设计CPU时细读过6、7章，感觉在实践方面的话是相当不错的。第七章的三个例子都很不错，实践一下对计算机组成和计算机系统结构都有挺大的帮助。  

评分☆☆☆☆☆

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这本书的名字叫做《数字设计与计算机体系结构》，这不仅仅是一本技术手册，更像是一扇通往计算机世界底层逻辑的大门。翻开这本书，我立刻被其严谨的结构和清晰的逻辑所吸引。作者并没有急于展示炫目的高科技成果，而是从最基础的数字逻辑门开始，一步步构建起复杂的计算系统。这种循序渐进的教学方式，让我这个初学者也能够深入理解每个概念的由来和发展。例如，在讲解组合逻辑电路时，作者通过列举时序图和卡诺图，将抽象的逻辑函数可视化，让我能够直观地看到信号是如何在电路中流动的。随后，对时序逻辑电路的讲解，更是让我对存储单元和状态机有了全新的认识。我印象最深刻的是关于寄存器和计数器的部分，作者通过详细的电路图和状态转移描述，生动地解释了它们如何存储和处理信息。更进一步，当学习到有限状态机（FSM）时，我才真正体会到计算机硬件是如何通过一系列状态的切换来执行指令的。书中对于如何设计一个简单的CPU，从指令集的定义到流水线结构的优化，都进行了详尽的阐述。我特别喜欢作者在解释流水线时，用类比的方式来比喻各个阶段的工作，这使得原本枯燥的技术名词变得生动有趣。从指令获取、解码、执行到写回，每一个环节的细节都被剖析得淋漓尽致，让我能够理解CPU内部是如何高效运转的。此外，关于存储器层次结构和I/O接口的部分，也为我打开了另一扇窗户，让我明白了为何计算机的速度会有如此大的差异，以及不同设备是如何与CPU进行交互的。整本书读下来，我感觉自己仿佛经历了一次从无到有的计算机构建过程，对计算机的理解也从“黑盒子”变成了“透明盒子”。

评分☆☆☆☆☆

《数字设计与计算机体系结构》这本书，给我带来的不仅是知识的增长，更是一种思维方式的重塑。在阅读这本书之前，我对计算机的认知仅仅停留在软件层面，而这本书则像一位经验丰富的向导，带领我深入到计算机的硬件世界。从最基础的数字逻辑门开始，我被带入了一个由0和1构成的精密世界。作者用非常严谨的数学语言和清晰的逻辑推演，解释了布尔代数如何构建逻辑电路，以及如何利用卡诺图等工具优化电路设计。我印象深刻的是，书中对如何设计一个能够执行算术运算的ALU的讲解，从最简单的加法器开始，逐步构建出能够进行加、减、乘、除等多种运算的复杂单元。这让我明白了，即使是最强大的处理器，其核心功能也是由这些基础逻辑门组合而成的。随后，本书进入到时序逻辑的部分，我开始理解计算机是如何拥有“记忆”功能的。触发器、寄存器、计数器的讲解，让我明白了数据是如何被存储和转移的。更重要的是，这些基本单元是如何被组织起来，形成一个能够执行指令的CPU。关于CPU指令集架构（ISA）的介绍，更是让我看到了计算机硬件与软件之间的桥梁。作者详细阐述了不同类型的指令，以及它们如何被CPU执行。随后，关于CPU流水线技术的讲解，为我揭示了现代处理器实现高性能的关键。我特别喜欢书中关于如何解决流水线中的冲突，例如数据依赖和控制依赖的详细分析，这让我明白了优化CPU性能的复杂性和艺术性。此外，本书对内存层次结构、缓存一致性以及I/O接口的阐述，也让我对计算机系统的整体运作有了更深入的理解。总而言之，这本书不仅教授了知识，更培养了一种解决复杂问题的系统性思维能力，让我能够从更宏观的视角去理解计算机的运作原理。

评分☆☆☆☆☆

《数字设计与计算机体系结构》这本书，是我在探索计算机科学奥秘过程中，所发现的一颗璀璨明珠。它以一种系统性且极具启发性的方式，带领我深入了解计算机的“骨骼”与“脉络”。作者从数字逻辑的基石出发，逐步引导读者构建起整个计算机器的复杂结构。我非常欣赏书中对布尔代数和逻辑门电路的讲解，它以一种严谨的数学语言和直观的图示，将抽象的逻辑概念具象化。通过对组合逻辑电路的详细阐述，我得以理解如何将基础的逻辑门组合成更复杂的运算单元，如加法器、减法器，甚至是算术逻辑单元（ALU）。当进入到时序逻辑部分时，我才真正理解了计算机是如何“存储”信息和“执行”指令的。触发器、寄存器、计数器这些基本存储单元的讲解，为我揭示了计算机“记忆”的奥秘。最令我兴奋的是，本书将这些基础知识巧妙地融入到计算机体系结构的讲解中。CPU的设计，从指令集的抽象，到数据通路和控制单元的实现，都进行了细致的阐述。我特别喜欢书中关于CPU流水线技术的讲解，它清晰地展示了如何通过并行处理来提高CPU的执行效率，以及如何解决流水线中的各种挑战。此外，书中对存储器层次结构，包括缓存的设计和管理，以及I/O接口的工作原理的深入探讨，为我构建了一个完整的计算机系统认知框架。这本书的价值在于，它能够将复杂的硬件概念，通过清晰的逻辑和生动的解释，转化为易于理解的知识体系，让我对计算机的理解达到了一个全新的高度。

评分☆☆☆☆☆

《数字设计与计算机体系结构》这本书，简直是为我量身定做的学习指南。作为一名对计算机原理充满好奇但又缺乏系统性知识的人，我一直苦苦寻找一本能够让我深入理解计算机“心脏”的书籍。这本书的出现，无疑满足了我的所有期待。它不像市面上许多浮光掠影的科普读物，而是扎根于数字逻辑的基础，逐步推演到复杂的计算机体系结构。书中对布尔代数、逻辑门、组合逻辑和时序逻辑的讲解，详尽得让人难以置信，让我能够真正掌握构建数字系统的基石。我尤其欣赏作者对于如何将逻辑门组合成更复杂的电路，例如加法器、减法器，直至算术逻辑单元（ALU）的详细步骤。每一个电路的设计思路，都经过了精心的推导和论证，使得我能够理解其背后的数学原理和工程实现。当涉及到时序逻辑时，书本对触发器、寄存器、计数器等基本存储单元的讲解，更是为我揭示了计算机如何“记住”信息。这些看似简单的单元，却是构建现代计算能力的关键。最令我兴奋的是，本书并没有停留在逻辑电路层面，而是将这些基础概念巧妙地融入到计算机体系结构的设计中。从指令集的抽象，到CPU内部的数据通路和控制单元，再到内存管理和I/O接口，作者都用一种非常清晰且易于理解的方式进行了阐述。我特别喜欢书中关于CPU流水线的部分，作者通过图文并茂的方式，解释了指令流水线如何提高CPU的执行效率，以及其中可能遇到的挑战，如数据冒险和控制冒险，以及相应的解决方案。这让我深刻理解了现代CPU之所以能够如此快速地运行，并非偶然，而是无数精巧设计的结晶。这本书的价值，在于它能够将抽象的计算机概念，转化为可以被理解和构建的实际系统，让我对计算机科学的敬畏之心油然而生。

评分☆☆☆☆☆

《数字设计与计算机体系结构》这本书，与其说是一本教材，不如说是一次深度探索计算机灵魂的旅程。在翻开这本书的瞬间，我就被它那严谨而又富有洞察力的内容所吸引。作者并非仅仅罗列技术名词，而是将我们带回到计算机诞生的起点，从最基础的数字逻辑开始，一步步构建起复杂的计算机器。我尤其喜欢书中对于布尔逻辑和逻辑门电路的讲解，作者通过大量的实例和清晰的图示，将抽象的逻辑概念具象化，让我能够直观地理解0和1是如何构成信息，又是如何通过逻辑门进行运算的。对组合逻辑和时序逻辑的深入剖析，更是为我打开了通往硬件设计的大门。我印象深刻的是，书中关于如何设计一个简单的CPU的章节，从指令集的定义，到数据通路的设计，再到控制单元的逻辑，每一个环节都讲解得细致入微，让我能够理解CPU内部是如何工作的。特别是关于CPU流水线技术的部分，作者不仅解释了流水线的原理，还深入探讨了其中的挑战，如数据冒险和控制冒险，以及相应的解决方案，这让我对现代处理器的性能优化有了更深刻的认识。此外，书中对存储器层次结构、缓存管理以及I/O接口的阐述，也为我勾勒出了计算机系统的完整图景。我喜欢作者在解释这些复杂概念时，所使用的类比和实例，它们能够有效地帮助我理解那些原本晦涩的技术细节。总的来说，这本书不仅仅是关于数字设计和计算机体系结构的书，它更是一本关于如何理解和构建计算系统的思维训练手册，让我对计算机科学的敬畏之心油然而生，也激发了我对进一步探索计算机奥秘的渴望。

评分☆☆☆☆☆

《数字设计与计算机体系结构》这本书，是我在学习计算机原理过程中遇到的一本里程碑式的作品。它以一种严谨且易于理解的方式，带领我深入探索了计算机的核心奥秘。作者并没有急于展示高层次的软件抽象，而是从最基础的数字逻辑门开始，循序渐进地构建起整个计算机体系的框架。我非常欣赏书中对布尔代数和逻辑电路设计的讲解，通过卡诺图等化简工具，以及对组合逻辑电路的详细阐述，我能够直观地理解二进制信号是如何通过逻辑门进行运算的。对加法器、减法器等算术逻辑单元（ALU）的设计过程，更是让我对CPU的运算能力有了直观的认识。当进入到时序逻辑部分时，我才真正理解了计算机是如何“记忆”信息和“执行”指令的。触发器、寄存器、计数器这些基本存储单元的讲解，为我揭示了计算机硬件的运作基础。最令我兴奋的是，本书将这些基础概念巧妙地融入到计算机体系结构的讲解中。CPU的设计，从指令集的定义，到数据通路和控制单元的实现，都进行了详尽的阐述。我特别喜欢书中关于CPU流水线技术的讲解，它清晰地解释了如何通过并行处理来提高CPU的执行效率，以及如何解决流水线中的各种冒险。此外，书中对存储器层次结构，包括缓存的设计和管理，以及I/O接口的工作原理的深入探讨，为我勾勒出了一个完整的计算机系统图景。这本书的价值在于，它能够将复杂的硬件知识，通过清晰的逻辑和丰富的实例，转化为易于理解的知识体系，让我对计算机的认识达到了一个全新的高度。

评分☆☆☆☆☆

《数字设计与计算机体系结构》这本书，是我在学习计算机科学的旅途中，遇到的一本真正能够“启迪心智”的作品。它并非仅仅是技术知识的堆砌，而是一种思维方式的引导，让我能够从最基础的逻辑层面去理解计算机的运作。作者从数字逻辑的基石开始，一步步构建起计算机体系的宏伟蓝图。我尤其喜欢书中对布尔代数和逻辑门电路的讲解，它以一种非常直观和数学化的方式，让我理解了0和1如何构成信息，以及如何通过逻辑门进行运算。对组合逻辑电路的详细阐述，比如如何设计一个能够进行加法运算的电路，让我深刻体会到了硬件设计的精妙之处。当进入到时序逻辑部分时，我才真正理解了计算机是如何“存储”和“处理”数据的。触发器、寄存器、计数器这些看似简单的单元，在书中得到了非常详尽的介绍，让我明白了它们在CPU中的关键作用。最令我兴奋的是，本书将这些基础知识巧妙地融入到计算机体系结构的讲解中。CPU的设计，从指令集的抽象，到数据通路和控制单元的实现，都进行了细致的阐述。我特别欣赏书中关于CPU流水线技术的讲解，它清晰地展示了如何通过并行处理来提高CPU的执行效率，以及如何解决流水线中的数据冒险和控制冒险。此外，书中对存储器层次结构，包括缓存的设计和管理，以及I/O接口的工作原理的深入探讨，为我构建了一个完整的计算机系统认知框架。这本书的价值在于，它能够将复杂的硬件概念，通过清晰的逻辑和生动的解释，转化为易于理解的知识体系，让我对计算机的理解达到了一个全新的高度。

评分☆☆☆☆☆

《数字设计与计算机体系结构》这本书，给我带来了对计算机世界前所未有的深刻理解。在我接触这本书之前，我总是觉得计算机系统是一个神秘的“黑盒子”，里面的运作机制难以捉摸。然而，通过这本书的阅读，我仿佛获得了一把钥匙，能够逐一解锁这个神秘的领域。作者从最基础的数字逻辑门开始，逐步引导读者构建出复杂的数字系统。我特别欣赏书中对布尔代数和逻辑电路的讲解，它不仅仅是理论的陈述，更是通过大量的实例和清晰的图示，让抽象的逻辑概念变得触手可及。例如，对加法器、减法器等算术电路的设计过程，让我能够直观地理解数字信号是如何在电路中进行运算的。当进入到时序逻辑部分时，我开始理解计算机是如何存储和处理信息的。触发器、寄存器、计数器这些基本单元的讲解，为我揭示了计算机“记忆”的奥秘。更让我着迷的是，本书将这些基础概念融会贯通，引向了计算机体系结构的宏大蓝图。CPU的设计，从指令集的抽象，到数据通路和控制单元的实现，都进行了细致入微的阐述。我特别喜欢书中关于CPU流水线技术的讲解，它生动地展示了如何通过并行处理来提高CPU的执行效率，以及如何解决流水线中的各种挑战。这本书的价值在于，它能够将复杂的硬件概念，通过清晰的逻辑和生动的解释，呈现在读者面前，让我不仅理解了“是什么”，更理解了“为什么”和“如何”去做。

评分☆☆☆☆☆

《数字设计与计算机体系结构》这本书，是一次令人愉悦且极具启发性的阅读体验。它不像许多技术书籍那样枯燥乏味，而是以一种引人入胜的方式，将复杂的计算机原理呈现在读者面前。作者在讲解数字逻辑基础时，采用了非常直观的教学方法，从最基本的逻辑门开始，逐步构建出能够执行加法、减法等基本运算的电路。我特别喜欢书中关于组合逻辑电路的设计过程，通过真值表、逻辑表达式以及最终的卡诺图化简，让我能够清晰地看到逻辑函数是如何被实现为物理电路的。当进入到时序逻辑部分时，我开始理解计算机是如何拥有“记忆”能力的。触发器、寄存器、计数器这些基本存储单元的讲解，让我明白了数据是如何被存储和传递的。最令我兴奋的是，这本书将这些基础概念巧妙地融入到了计算机体系结构的构建中。作者详细阐述了CPU的设计，从指令集的定义，到数据通路和控制单元的实现，都进行了详尽的讲解。我特别欣赏书中关于CPU流水线技术的解释，它清晰地展示了如何通过将指令执行过程分解为多个阶段，来提高CPU的整体性能。书中对流水线中的数据冒险和控制冒险的分析，以及相应的解决方法，让我对现代处理器的精妙之处有了更深的认识。此外，关于存储器层次结构，包括缓存的设计和管理，以及I/O接口的工作原理，也都进行了深入的探讨。这本书的价值在于，它不仅传授了知识，更培养了一种系统性思维能力，让我能够从底层逻辑去理解和分析计算机系统。

评分☆☆☆☆☆

《数字设计与计算机体系结构》这本书，在我学习计算机科学的道路上，起到了至关重要的作用。它不仅仅是一本技术书籍，更像是一座桥梁，连接了我对软件的理解和对硬件的认知。在阅读这本书之前，我对计算机的印象更多的是通过操作系统和应用程序来实现各种功能。而这本书，则让我看到了这些功能是如何在底层的硬件层面实现的。从最基础的数字逻辑门，到复杂的CPU设计，作者以一种极其系统和循序渐进的方式，引领我进入了计算机硬件的世界。我非常欣赏书中对布尔代数和逻辑电路的讲解，通过卡诺图和真值表的运用，我能够清晰地理解逻辑门如何组合成更复杂的电路，比如加法器、减法器，以及最终的算术逻辑单元（ALU）。这些基础知识，为我理解CPU的运算能力奠定了坚实的基础。随后，书中对时序逻辑的讲解，让我明白了计算机是如何存储和处理信息的。触发器、寄存器、计数器这些基本单元，在书中得到了非常详尽的阐述，让我能够理解它们在CPU中的作用。最让我着迷的部分，是关于CPU指令集架构（ISA）和流水线技术的讲解。作者通过清晰的图示和文字，解释了指令是如何被CPU解码和执行的，以及流水线技术如何提高CPU的执行效率。我对书中关于如何解决流水线中的冒险，例如数据冒险和控制冒险的讨论印象尤为深刻，这让我明白了优化CPU性能所面临的挑战和解决方案。此外，书中对存储器层次结构，包括缓存的讲解，也让我对计算机的整体性能有了更深的认识。这本书的价值在于，它能够将抽象的计算机概念，转化为具体的硬件设计和实现，让我从根本上理解计算机是如何工作的。

评分☆☆☆☆☆

从十月份开始每天上班前会读个半小时左右，到今天算是翻完了。一些章节很细节就略过没看了。内容很充实，讲设计时也都会从历史的设计说起，去讲演变过程。值得一读。

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A bottom up approach.极好

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逐层解剖电脑硬件

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逐层解剖电脑硬件

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从十月份开始每天上班前会读个半小时左右，到今天算是翻完了。一些章节很细节就略过没看了。内容很充实，讲设计时也都会从历史的设计说起，去讲演变过程。值得一读。