具体描述
本书采用将逻辑设计与计算机设计原理结合在一起的方法，为广大读者提供了学习逻辑设计、数字系统设计和计算机设计的基础知识。从1997年第1版开始，作者就不断对其进行丰富和修改，最新的第4版包含了相关研究领域和产业的最新发展状况。从基础理论到系统方法、从实用技术到现代化工具，本书从各个方面向读者展示了一个自然而流畅、高效并富有哲理的数字电路设计世界。
第4版除了提供完整的数字和计算机设计内容之外，还特别强调基本原理为现代设计服务。全书以清晰的实例解释和逐步延伸的设计来帮助读者理解内容，实例涵盖了从简单的组合逻辑应用到在一个RISC核上构建一个CISC结构，更加重视培养读者在计算机辅助设计、问题形式化、解决方案验证以及解决问题技巧方面的能力。
本书的补充材料和教辅资源丰富，包括部分习题答案、PPT、VHDL和Verilog代码，及补充阅读材料等，方便教师教学和读者自学。
本版更新内容：
新增60个“现实世界”的例子和问题。
新增和修改了40%的习题。
重新调整和组织了内容以适应不同的课程大纲。
技术内容的更新包括：
简要介绍嵌入式系统。
解释了在Espresso中实际使用的计算机辅助逻辑优化方法。
用液晶显示屏例子更换CRT显示器例子。
包括多CPU微处理器在内的体系结构方面的一些创新。
【译者序】
如今我们生活在信息时代。试想，如果没有了网络、电脑、手机和电视，世界会变得怎样？答案一定是世界将变得暗淡无光，甚至是悲惨的！数字电路与计算机技术作为其他技术的重要基础之一，成就了当今人们高效有序、丰富多彩的工作与生活。从发明晶体管和集成电路到现在，数字电路和数字系统设计技术已经红红火火地走过了半个多世纪，计算机技术更是在最近三十年得到了跳跃式的发展。人们对未来充满着更多美好的期望，数字电路与计算机必将承载着这一切向更广范围、更高水准延伸与发展。
从1997年至今，本书的英文版已经发行了4个版本，均受到了读者的广泛好评。第4版除了为读者提供学习逻辑设计、数字系统设计和计算机设计的基础知识之外，还包含有相关研究领域和行业的最新发展状况。从基础理论到系统方法、从实用技术到现代化工具，本书从各个方面向读者展示了一个自然而流畅、高效并富有哲理的数字电路设计世界。
本书以一台通用计算机为线索，由浅入深地讲解了逻辑设计、数字系统设计和计算机设计。其中，第1章到第5章为逻辑设计，包括数字系统与信息、组合逻辑电路及其设计、算术功能块与硬件描述语言，以及时序电路；第6章到第8章为数字系统设计，包括可选的设计话题：数据通路、算术逻辑单元、移位寄存器、一个简单计算机的结构、单周期硬连线控制、多周期硬连线控制等，寄存器与寄存器传输，以及存储器基础；第9章到第13章为计算机设计，包括计算机设计基础、指令集结构、RISC与CISC中央处理器、输入输出与通信，以及存储系统。书中附有60个大部分来自现代日常生活中产品设计的真实例子和问题，可以激发读者的学习兴趣。配套网站（http://www.prenhall.com/mano）提供了大量的辅助信息，包括教师手册、补充读物、所有例子的VHDL和Verilog源文件、有关工具及网站的链接和习题解答等。从其编排可以清楚地看出，本书不仅可以作为计算机科学、计算机工程、电子技术、机电一体化等专业学生学习硬件的一本绝佳教材，也可以作为弱电类工程师和计算机科学工作者的理想参考书籍。
本书由袁晓坊翻译第1、12章，何海珍翻译第2、3章，凌纯清翻译第4、6章，王伟征翻译第5章，周颖波翻译第7章，张玲翻译第8、13章，袁文澹翻译第9、10章，刘铁桥翻译第11章。邝继顺参加了第2、9章的翻译，并对全部译文进行了审校与润饰。由于译者水平有限，译文中疏漏和错误在所难免，欢迎广大读者批评指正。
译者
2011年12月于湖南长沙
【前言】
本书的目的是为广大读者提供学习逻辑设计、数字系统设计和计算机设计的基础知识，本书第4版包含了近十年与课程内容相关方面的最新发展情况。从1997年的第1版开始，作者就不断对其进行修改，提供了一种独一无二的将逻辑设计与计算机设计原理结合在一起的方法，并特别强调硬件。过去几年，教材一直紧跟工业的发展趋势，增加了新的材料如硬件描述语言，删除或者弱化了某些正变得不太重要的内容，修改了某些内容以反映计算机技术和计算机辅助设计所发生的变化。
在第4版中，我们不仅关注如何教好这门课，而且也关注工业发展的趋势。大部分来自现代日常生活中产品设计的60个“现实世界”的例子和问题，可以激发读者的学习兴趣，并为其提供实践的解决方案。在章节组织方面的修改可以使教师更容易为学生量身定做所要学习的内容，同时适用于电气与计算机工程专业和计算机科学专业的读者。
在这个版本中，我们首先将原来第3章中关于设计的一般性介绍和原来第4章中的功能模块结合在一起形成新的第3章。原来第3章中关于设计的一些科学内容现在作为必备的基础分布在多个章节中，并附有例子和说明。用于组合电路和算术电路的硬件描述语言放到第4章，以便平衡章节篇幅。过去第3章中有关技术方面的内容，包括时序、可编程逻辑出现在新的第6章中，教师可以根据课程教学大纲进行适当的选择和讲解。经过重新编排的第6章，允许那些对相关技术要求较少的人更早地接触时序电路，并为一些专题提供更为广泛的、必备的背景知识。况且，把技术性话题放在数字系统设计中比放在较早介绍的基本逻辑设计中更加合适。第6章还包含一些CMOS电路以及系统之间进行异步交互的新的信息，包括输入同步和亚稳态。
原来的第8章连同用来对复杂时序电路和控制单元进行流水线式设计的算法状态机（ASM）被取消了，第8章里面的概念被分散到第5章和第7章中。一种新的状态机图形表示代替了ASM。这个状态机图是在传统状态图的基础上建模而成的，它能生动地用图形的方式表示出用硬件描述语言进行建模所具有的自然的灵活性。还有，在第7章，我们把合成数据通路和控制单元的设计过程进行了形式化，并举例给予了说明。
本书第4版除了提供完整的数字和计算机设计内容之外，还特别强调基本原理为现代设计服务。从简单的组合逻辑应用到在一个RISC核上构建一个CISC结构，多个例子的清晰解释和渐进式的设计可以诠释书中内容。完整的传统内容包括计算机辅助设计、问题形式化、解决方案验证，以及解决问题的技能的培养，而灵活性则体现在可选的逻辑设计、数字系统设计和计算机设计以及硬件描述语言的相关内容中。第4版除了组织和内容方面的这些改变之外，其他方面的改变还有：（1）对嵌入式系统的简要介绍；（2）解释了在Espresso中实际使用的计算机辅助逻辑优化方法；（3）用液晶显示屏例子更换CRT显示器例子；（4）包括多CPU微处理器在内的体系结构方面的一些创新。
经过这些修订，书本第1章到第5章讲解逻辑设计，第6章到第8章研究数字系统设计，第9章到第13章关注计算机设计。这样的编排可以在逐渐地、自底向上地完成了各种函数设计，并将其应用到后续章节自顶向下的计算机设计中之后，为读者提供牢固的数字系统设计的基础。下面是各章相关内容的概括。
第1章——数字系统与信息。这一章介绍数字计算机、嵌入式系统和包括数字、算术运算及编码在内的信息表示。
第2章——组合逻辑电路。这一章研究门电路和它们的类型，以及设计和优化的基本方法。概念包括布尔代数、代数优化和卡诺图优化、Espresso算法作为实用的CAD优化工具以及多级优化。
第3章——组合逻辑电路的设计。这一章以一个现代逻辑设计过程的概述开始。设计过程的详细步骤包括问题形式化、逻辑优化、到与非门和或非门的工艺映射，验证也包含在组合逻辑设计的实例中。另外，这一章还包含函数和组合设计的模块构建，包括使能和输入定值、译码、编码、代码转换、选择、分配和它们的实现。
第4章——算术功能块与硬件描述语言。这一章讲解算术功能块和它们的实现。除算术运算如加法、减法和自增用数字来表示之外，还对自减、填充、扩展和移位进行了描述和实现。介绍了综合过程和硬件描述语言。Verilog和VHDL从第3章起就用来描述组合逻辑，从这一章起用来描述算术运算逻辑。
第5章——时序电路。这一章包含时序电路分析和设计。锁存器、主从触发器、边沿触发器都有涉及，并着重讲解了D触发器，而其他类型的触发器（SR、JK与T）在现代设计中用得比较少，只是简要地说明了一下。本章的重点是状态机图和状态表的形式化表示。一个时序电路完整的设计过程包括规格说明、形式化、状态分配、触发器输入和输出函数确定、优化、工艺映射以及验证。时序电路通常都太复杂而不能用传统的状态图来表示，但可以用状态机图模型来表示，这一章通过两个现实世界的例子来阐述和说明这一观点。这一章的最后用VHDL和Verilog描述了一个触发器和一个时序电路。
第6章——选择的设计主题。这一章介绍的内容侧重于底层技术的各个方面，包括MOS晶体管和CMOS电路、门时延和定时、组合电路和时序电路、电路之间的异步交互作用，以及可编程逻辑技术。其中，异步交互部分包括异步输入的同步和亚稳态，可编程逻辑包含只读存储器、可编程逻辑阵列和可编程阵列逻辑。
第7章——寄存器与寄存器传输。这一章讲解寄存器和它们的应用。移位寄存器和计数器的设计基于第3章和第4章讲解的触发器和某些函数及其实现的组合，只有行波计数器作为一个全新的概念加以介绍。讨论了寄存器传输的并行和串行方式，如何权衡时间与空间开销，其中有一节侧重于能执行多种运算的多功能寄存器的寄存器单元设计。数据通路和控制单元的协同过程使用了寄存器传输语言和状态机图，并且用两个现实世界的例子对其进行了解释，对所选的寄存器类型也用Verilog和VHDL语言进行了描述。
第8章——存储器基础。这一章介绍静态随机访问存储器（SRAM）和动态随机访问存储器（DRAM），以及基本存储器系统，还简单地介绍了静态随机访问存储器的各种不同类型。
第9章——计算机设计基础。这一章包括寄存器文件、功能单元、数据通路和两种简单计算机，包括一种单周期计算机和一种多周期计算机。重点在于数据通路和控制单元设计的形式化概念，以及用来设计具有特定指令和指令集的单周期和多周期计算机。
第10章——指令集结构。介绍指令集结构的相关问题，包括地址计算、寻址模式、指令结构和类型。讲解浮点数表示法和浮点运算，以及程序控制方法，包括过程调用与中断。
第11章——RISC和CISC中央处理单元。这一章包含一些高性能处理器的概念，如流水式RISC和CISC处理单元。通过将一个微编码硬件加到一个修改了的RISC处理单元上，CISC处理单元可以使用RISC的流水线来执行CISC指令集，这是当今CISC处理单元使用的一种方法。除此之外，还介绍了高性能CPU在概念和结构方面的创新，其中包括两个多CPU微处理器的例子。
第12章——输入输出与通信。这一章讲解如何在CPU和内存之间、输入输出接口和外围设备之间进行数据传送。讨论了键盘、液晶显示器（LCD）、硬盘驱动器等外部设备和键盘接口，以及包括通用串行总线（USB）在内的串行通信和中断系统的实现。
第13章——存储系统。特别重点关注存储器的分层。引入了“访问的局部性”的概念，并通过高速缓存和内存之间、内存和硬盘之间的关系对其进行了详细讲解。分析了高速缓存设计的各种参数。存储器管理重点关注分页管理和支持虚拟存储的转换后援缓冲器。
除了教材本身之外，还提供了一个配套网站（http://www.prenhall.com/mano）和一本教师手册。配套网站的内容包括以下几个方面：1）阅读补充材料，包括一些新材料和先前版本中删除掉的部分内容；2）所有例子的VHDL和Verilog源文件；3）连接到用于FPGA设计和HDL模拟的计算机辅助设计工具的链接；4）全书大约1/3习题的答案；5）勘误表；6）第1章到第9章的幻灯片；7）书中复杂图表的原件；8）为学生和教师提供新信息、更新和更正内容的网站消息。我们鼓励教师定期查看网站上的信息以便了解网站的变化。教师手册包括书的使用建议以及所有习题的答案。从Prentice Hall到学校，每一个使用这本书上课的教师都有权限在线访问这本手册。使用建议还提供了在各种不同课程教学大纲下使用该教材的重要的详细信息。
由于本书覆盖逻辑和计算机设计的面很广，作为大二到大三学生的课程它有几个不同的目的。从第1章到第10章，去掉可选的内容外，其余部分可以作为计算机科学、计算机工程、电气工程或一般工程专业的学生一个学期学习硬件的课程。从第1章到第5章，或许再加上第6章到第8章一些可选部分是对逻辑设计的一个基本介绍，对电气工程和计算机工程专业的学生来说，这些内容只要一个季度的学习时间就够了。一个学期学完第1章到第8章的全部内容，将会学到更为强大、更加先进的逻辑设计方法。整本书在两个季度的时间内，可以为计算机工程和计算机科学专业的学生提供逻辑和计算机设计的基础知识。本书的全部内容再加上适当的补充材料或实验环节，可以作为两个学期学习逻辑设计和计算机结构的课程。由于取材广泛，并且处理得当，本书还是工程师和计算机科学工作者自学的理想书籍。最后，配套网站上提供的补充读物对实现这些不同的目标来说都是有益的。
在第4版的准备期间，我们征求了许多使用过本书前面几版的教师的意见，对超过50位教师进行了广泛的关于第3版内容及其使用情况的调查。另外，Vanderbilt大学的Bharat Bhuva教授和San Jose州立大学的Donald Hung教授，通过对第3版撰写评论提供了有用的反馈意见。我们非常感谢所有教师在第4版准备过程中的积极参与以及他们的建设性意见，特别感谢Katherine Compton、Mikko Lipasti、Kewal Saluja和Leon Shohet教授以及威斯康星大学麦迪逊分校电气与计算机工程系的Michael Morrow教师委员会。在他们提供的大量评论和建议的基础上，通过与第二作者的重点讨论，我们对原定第4版的内容进行了重大调整。我们还要感谢教师和学生对第3版提出的修正，尤其是Dordt大学的Douglas De Boer教授的修改意见。特别感谢威斯康星大学麦迪逊分校的Divya Jhalani，她对教师手册和网站上新给出的习题进行了解答。我们感谢所有在Prentice Hall或其他地方的工作人员对出版所做出的努力。特别要感谢Mike McDonald编辑的指导、鼓励和支持，制作编辑Dan Sandin和Irvwin Zucker对本书出版所做的富有成效的工作，以及Bob Lentz的一丝不苟的编辑工作。最后，特别感谢Val Kime对第4版整个过程持久的耐心和理解。
M.Morris Mano
Charles R.Kime
作者简介
目录信息
译者序
前言
第1章 数字系统与信息1
1.1 信息表示2
1.1.1 数字计算机3
1.1.2 其他计算机4
1.1.3 通用计算机的进一步说明7
1.2 数制8
1.2.1 二进制9
1.2.2 八进制与十六进制10
1.2.3 数字范围11
1.3 算术运算11
1.4 十进制编码15
1.5 字符编码16
1.5.1 ASCII字符编码16
1.5.2 校验位18
1.6 格雷码18
1.7 本章小结20
参考文献20
习题21
第2章 组合逻辑电路24
2.1 二值逻辑和逻辑门24
2.1.1 二值逻辑24
2.1.2 逻辑门25
2.2 布尔代数27
2.2.1 布尔代数的基本性质28
2.2.2 代数处理30
2.2.3 反函数32
2.3 标准形式32
2.3.1 最小项和最大项33
2.3.2 积之和35
2.3.3 和之积36
2.4 两级电路的优化36
2.4.1 成本标准37
2.4.2 卡诺图结构38
2.4.3 二变量的卡诺图40
2.4.4 三变量的卡诺图41
2.5 卡诺图的用法43
2.5.1 质主蕴涵项43
2.5.2 非质主蕴涵项45
2.5.3 和之积优化45
2.5.4 无关最小项46
2.6 程序化的两级优化48
2.7 多级电路优化51
2.8 其他门类型54
2.9 异或操作和异或门57
2.10 高阻态输出59
2.11 本章小结60
参考文献60
习题60
第3章 组合逻辑电路的设计65
3.1 设计过程65
3.2 开始分层设计69
3.3 工艺映射71
3.4 验证74
3.4.1 人工逻辑分析74
3.4.2 模拟75
3.5 组合函数模块76
3.6 基本逻辑函数76
3.6.1 定值、传输和取反77
3.6.2 多位函数77
3.6.3 使能79
3.7 译码80
3.7.1 译码器和使能结合83
3.7.2 基于译码器的组合电路84
3.8 编码器85
3.8.1 优先编码器85
3.8.2 编码器的扩展87
3.9 选择87
3.9.1 多路复用器87
3.9.2 基于多路复用器的组合电路90
3.10 本章小结92
参考文献92
习题93
第4章 算术功能块与硬件描述语言99
4.1 迭代组合电路99
4.2 二进制加法器100
4.2.1 半加器100
4.2.2 全加器100
4.2.3 二进制行波进位加法器101
4.3 二进制减法102
4.3.1 补码103
4.3.2 采用二进制补码的减法104
4.4 二进制加减法器105
4.4.1 有符号的二进制数106
4.4.2 有符号二进制数的加法与减法107
4.4.3 溢出108
4.5 其他的算术功能块109
4.5.1 压缩110
4.5.2 递增111
4.5.3 递减112
4.5.4 常数乘法112
4.5.5 常数除法113
4.5.6 零填充与符号扩展113
4.6 硬件描述语言113
4.6.1 硬件描述语言114
4.6.2 逻辑综合115
4.7 硬件描述语言——VHDL116
4.8 硬件描述语言——Verilog123
4.9 本章小结129
参考文献129
习题130
第5章 时序电路135
5.1 时序电路的定义135
5.2 锁存器137
5.2.1 SR和S R锁存器138
5.2.2 D锁存器140
5.3 触发器141
5.3.1 主从式触发器141
5.3.2 边沿触发式触发器144
5.3.3 标准图形符号144
5.3.4 直接输入146
5.4 时序电路分析147
5.4.1 输入方程147
5.4.2 状态表148
5.4.3 状态图150
5.4.4 时序电路模拟151
5.5 时序电路设计152
5.5.1 设计步骤153
5.5.2 构建状态图和状态表153
5.5.3 状态赋值158
5.5.4 使用D触发器的设计159
5.5.5 无效状态的设计161
5.5.6 验证162
5.6 其他类型的触发器164
5.7 状态机图及其应用166
5.7.1 状态机图模型166
5.7.2 输入条件的约束168
5.7.3 使用状态机图的设计应用169
5.8 时序电路的HDL表示——VHDL175
5.9 时序电路的HDL表示——Verilog180
5.10 本章小结184
参考文献185
习题185
第6章 选择的设计主题193
6.1 设计空间193
6.1.1 集成电路193
6.1.2 CMOS电路工艺194
6.1.3 工艺参数197
6.2 门的传播延迟198
6.3 触发器定时199
6.4 时序电路定时201
6.5 异步交互202
6.6 同步和亚稳态203
6.7 同步电路陷阱208
6.8 可编程实现技术208
6.8.1 只读存储器210
6.8.2 可编程逻辑阵列211
6.8.3 可编程阵列逻辑器件213
6.9 本章小结214
参考文献215
习题215
第7章 寄存器与寄存器传输219
7.1 寄存器与加载使能219
7.2 寄存器传输222
7.3 寄存器传输操作223
7.4 对VHDL和Verilog使用者的提醒225
7.5 微操作225
7.5.1 算术微操作226
7.5.2 逻辑微操作227
7.5.3 移位微操作228
7.6 对单个寄存器的微操作229
7.6.1 基于多路复用器的传输229
7.6.2 移位寄存器231
7.6.3 行波计数器234
7.6.4 同步二进制计数器235
7.6.5 其他类型计数器238
7.7 寄存器单元设计240
7.8 基于多路复用器和总线的多寄存器传输244
7.9 串行传输及其微操作247
7.10 寄存器传输控制250
7.11 移位寄存器和计数器的HDL描述——VHDL262
7.12 移位寄存器和计数器的HDL描述——Verilog263
7.13 微程序控制264
7.14 本章小结266
参考文献266
习题266
第8章 存储器基础273
8.1 存储器定义273
8.2 随机访问存储器273
8.2.1 读写操作274
8.2.2 定时波形275
8.2.3 存储器特征276
8.3 SRAM集成电路277
8.4 SRAM芯片阵列281
8.5 DRAM芯片283
8.5.1 DRAM单元284
8.5.2 DRAM位片285
8.6 DRAM分类288
8.6.1 同步DRAM（SDRAM）289
8.6.2 双倍数据速率SDRAM（DDR SDRAM）290
8.6.3 Rambus DRAM（RDRAM）291
8.7 动态RAM芯片阵列292
8.8 本章小结292
参考文献292
习题292
第9章 计算机设计基础294
9.1 简介294
9.2 数据通路294
9.3 算术逻辑运算单元297
9.3.1 算术运算电路297
9.3.2 逻辑运算电路300
9.3.3 算术逻辑运算单元300
9.4 移位寄存器301
9.5 数据通路描述303
9.6 控制字305
9.7 一个简单的计算机结构309
9.7.1 指令集结构310
9.7.2 存储资源310
9.7.3 指令格式311
9.7.4 指令说明312
9.8 单周期硬连线控制314
9.8.1 指令译码器316
9.8.2 指令和程序举例317
9.8.3 单周期计算机观点319
9.9 多周期硬连线控制319
9.10 本章小结328
参考文献328
习题328
第10章 指令集结构333
10.1 计算机体系结构概念333
10.1.1 基本计算机操作周期334
10.1.2 寄存器组334
10.2 操作数寻址334
10.2.1 三地址指令335
10.2.2 两地址指令336
10.2.3 一地址指令336
10.2.4 零地址指令336
10.2.5 寻址结构337
10.3 寻址模式339
10.3.1 隐含模式340
10.3.2 立即模式340
10.3.3 寄存器和寄存器间接模式340
10.3.4 直接寻址模式341
10.3.5 间接寻址模式342
10.3.6 相对寻址模式342
10.3.7 变址寻址模式343
10.3.8 寻址模式小结343
10.4 指令集结构344
10.5 数据传送指令345
10.5.1 栈指令345
10.5.2 独立I/O与存储器映射I/O346
10.6 数据处理指令347
10.6.1 算术指令347
10.6.2 逻辑与位处理指令348
10.6.3 移位指令349
10.7 浮点数计算350
10.7.1 算术运算350
10.7.2 移码351
10.7.3 标准操作数格式351
10.8 程序控制指令353
10.8.1 条件分支指令354
10.8.2 过程调用与返回指令355
10.9 程序中断356
10.9.1 中断类型357
10.9.2 处理外部中断357
10.10 本章小结358
参考文献359
习题359
第11章 RISC和CISC中央处理单元363
11.1 流水线数据通路363
11.2 流水线控制367
11.3 精简指令集计算机371
11.3.1 指令集结构371
11.3.2 寻址模式373
11.3.3 数据通路结构374
11.3.4 控制结构376
11.3.5 数据阻塞378
11.3.6 控制阻塞383
11.4 复杂指令集计算机386
11.4.1 ISA修改387
11.4.2 数据通路修改388
11.4.3 控制单元修改389
11.4.4 微程序控制391
11.4.5 复杂指令的微程序392
11.5 其他有关设计395
11.5.1 高性能CPU概念395
11.5.2 最近的体系结构创新397
11.6 本章小结398
参考文献399
习题400
第12章 输入输出与通信402
12.1 计算机的I/O系统402
12.2 外设举例402
12.2.1 键盘402
12.2.2 硬盘403
12.2.3 液晶显示器404
12.2.4 I/O传输速率406
12.3 I/O接口406
12.3.1 I/O总线与接口部件407
12.3.2 I/O接口的例子408
12.3.3 选通409
12.3.4 握手410
12.4 串行通信411
12.4.1 同步传送412
12.4.2 进一步认识键盘412
12.4.3 基于包的串行I/O总线413
12.5 传输模式416
12.5.1 程序控制传输的例子417
12.5.2 中断传输417
12.6 中断优先级418
12.6.1 菊花链优先级418
12.6.2 并行优先级电路420
12.7 直接内存访问421
12.7.1 DMA控制器421
12.7.2 DMA传输422
12.8 本章小结423
参考文献424
习题424
第13章 存储系统426
13.1 分级存储体系426
13.2 访问的局部性428
13.3 cache存储器429
13.3.1 cache映射430
13.3.2 行的大小435
13.3.3 cache加载436
13.3.4 写方法436
13.3.5 概念综合437
13.3.6 指令cache和数据cache439
13.3.7 多级cache440
13.4 虚存440
13.4.1 页表442
13.4.2 转换后援缓冲器443
13.4.3 虚存和cache445
13.5 本章小结445
参考文献445
习题446
索引448
· · · · · · (收起)
读后感
评分
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评分
用户评价
这本书确实像一块巨大的磁石，牢牢吸引了我对计算机科学深层运作原理的探求。在阅读之前，我总觉得计算机不过是冰冷的金属外壳和闪烁的指示灯，内部的逻辑更是如同天书。然而，翻开《逻辑与计算机设计基础》的瞬间，我仿佛进入了一个全新的世界，一个由严谨的逻辑构建起来的、精巧而又充满生命力的世界。从最基础的门电路开始，作者循序渐进地引导我理解了布尔代数如何转化为物理电路，又是如何一步步地构建起更复杂的逻辑单元，例如寄存器、加法器，乃至最终的中央处理器。我印象最深刻的是关于状态机的讲解，那种将抽象的计算过程转化为一系列离散状态和转移的描述方式，让我第一次窥见了计算机内部“思考”的痕迹。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是通过大量的图示和实例，将这些抽象的概念具象化，比如用时序图清晰地展示了数据在寄存器之间的流动，用真值表一步步推导出门电路的功能。更令我欣喜的是，书中对不同逻辑器件的权衡和设计思想的讨论，让我明白，计算机的每一次革新，都离不开对效率、成本和复杂度的精妙平衡。这种对计算机“心脏”的深入剖析，让我对日常使用的电子产品充满了敬畏。我开始重新审视那些曾经习以为常的电脑操作，每一个点击、每一次文件传输，背后都蕴含着如此复杂而精妙的逻辑计算。这本书不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的启迪，让我学会了如何用逻辑的视角去分析和解决问题，不仅仅局限于计算机领域，甚至在生活中也受益匪浅。我曾尝试去理解更高级的计算机体系结构，但总觉得缺少了那份坚实的基础。而这本书，无疑为我打下了那块最宝贵的基石，让我在未来深入探索计算机的每一个角落时，都能充满信心。
评分在数字技术的洪流中，我一直渴望能深入理解那些隐藏在屏幕背后，驱动着一切运转的“魔法”。《逻辑与计算机设计基础》无疑是我寻找答案的绝佳指南。这本书不仅仅是教我“是什么”，更重要的是让我明白了“为什么”。作者以一种近乎艺术的方式，将枯燥的逻辑门电路描绘得生动而富有逻辑。我曾以为计算机的计算能力源于某种神秘的“芯片”，但这本书让我看到了最根本的组成单元——逻辑门。从最基础的AND、OR、NOT，到更复杂的NAND、NOR、XOR，每一款逻辑门的功能和实现都被剖析得淋漓尽致。让我印象深刻的是，作者并没有止步于此，而是通过构建更高级的逻辑单元，例如多路选择器、加法器、译码器，一步步地展示了如何从简单的逻辑门组合成能够执行复杂运算的模块。尤其是在理解组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别时，作者运用了大量清晰的图示和时序图，让我清晰地看到了数据如何在电路中流动，以及时钟信号在同步和存储信息中的关键作用。对触发器（Flip-flop）的讲解，让我第一次理解了计算机如何“记住”信息，这对于理解内存和状态机的概念至关重要。书中关于有限状态机（Finite State Machine）的设计思路，更是让我体会到了如何将抽象的控制流程转化为具体的硬件电路。作者在讲解过程中，不仅注重理论的严谨性，还穿插了大量的实际应用场景，让我能够将所学的知识与实际的计算机硬件联系起来。例如，对CPU中ALU（算术逻辑单元）的分解和讲解，让我看到了算术运算是如何通过一连串的逻辑门实现的。这本书的价值在于，它不仅教授了知识，更培养了一种系统性的、逻辑性的思维方式。它让我看到了计算机的“灵魂”是如何由无数个精密的逻辑单元协同工作而产生的，也让我对计算机的设计者们致以深深的敬意。
评分我一直对电子设备是如何工作的感到好奇，尤其是在深入学习计算机科学的过程中，《逻辑与计算机设计基础》这本书为我揭开了数字世界的神秘面纱。在阅读这本书之前，我对硬件的了解仅限于“看到”一些芯片和电路板，但这本书让我真正理解了驱动这些硬件运作的根本原理。作者从最基础的二进制和布尔代数开始，循序渐进地引入了各种逻辑门（AND、OR、NOT、XOR等）的逻辑功能和实现方式。我印象最深刻的是，作者并没有停留在理论层面，而是通过大量的电路图和真值表，展示了这些基本逻辑门如何组合成更复杂的组合逻辑电路，例如全加器、多路选择器、译码器等。这些单元是构建任何数字系统的基石，它们的原理理解透彻，对后续的学习至关重要。书中最令我着迷的部分是对时序逻辑电路的讲解。我第一次了解到触发器（Flip-flop）是存储一位信息的基本单元，而寄存器、计数器等更复杂的时序逻辑电路，都是由触发器构成的。通过时序图的分析，我能够清晰地看到数据在这些电路中的流动和状态的变化，这让我对计算机的“记忆”和“计算”过程有了更直观的认识。尤其是有限状态机（Finite State Machine）的设计，它将抽象的控制流程转化为具体的硬件实现，让我对计算机的控制单元的工作方式有了深刻的理解。作者的讲解清晰易懂，语言生动，并且提供了大量的例题和练习，帮助我巩固所学的知识，并培养了解决实际问题的能力。这本书不仅为我打下了坚实的数字逻辑基础，更重要的是，它激发了我对计算机硬件设计的浓厚兴趣，让我对那些看似冰冷的电子元件充满了探索的欲望。
评分我始终坚信，要真正掌握计算机这门学科，就必须回归到最基础的逻辑层面。《逻辑与计算机设计基础》这本书，恰恰提供了这样一条深入理解计算机硬件运行原理的清晰路径。在阅读此书之前，我对计算机的内部运作知之甚少，只知道它能够执行各种任务，但具体如何实现，对我而言是个谜。这本书如同一位耐心而严谨的导师，从最基础的逻辑门（AND、OR、NOT等）开始，循序渐进地讲解了布尔代数及其在数字电路中的应用。我惊叹于作者如何将抽象的逻辑运算，通过一连串的逻辑门电路，转化为实际的硬件功能。书中对组合逻辑电路的介绍，例如加法器、减法器、编码器、译码器以及多路选择器等，让我看到了计算机执行算术运算和数据处理的基本单元是如何构建的。尤其是对全加器的讲解，我理解了二进制加法是如何通过逻辑门实现的，这对我理解CPU的算术逻辑单元（ALU）有着至关重要的启示。更让我着迷的是关于时序逻辑电路的部分。触发器（Flip-flop）的概念，让我第一次理解了计算机的“记忆”能力是如何实现的，而寄存器、计数器、移位寄存器等时序逻辑电路的设计，则让我窥见了数据在计算机内部是如何被存储、传递和处理的。书中对有限状态机（Finite State Machine）的深入讲解，将抽象的控制流程转化为具体的硬件实现，使我能更清晰地理解计算机是如何根据不同的状态和输入来执行特定指令的。作者在讲解过程中，始终注重理论与实践的结合，辅以大量的图示、真值表和逻辑图，使得原本枯燥的逻辑概念变得生动有趣，易于理解。这本书不仅为我打下了坚实的数字逻辑基础，更重要的是，它培养了我一种严谨的、层层递进的逻辑分析能力，这对我未来在计算机科学领域的深入学习和研究，提供了不可或缺的理论支撑。
评分我一直认为，理解计算机的关键在于理解其最底层的运作方式，而《逻辑与计算机设计基础》这本书，正是为我打开这扇大门的一把钥匙。在阅读这本书之前，我对计算机硬件的了解仅限于表面，无法想象那些复杂的计算过程是如何在小小的芯片中实现的。这本书以一种极其清晰和系统化的方式，从最基础的逻辑门电路（AND、OR、NOT等）开始，逐步引导我理解了数字逻辑的设计原理。作者通过大量的图示和真值表，将抽象的布尔代数运算转化为了具体的电路实现，这让我对逻辑门的功能有了非常直观的认识。让我印象深刻的是，书中对组合逻辑电路的详细讲解，例如加法器、减法器、编码器、译码器以及多路选择器等。我理解了这些基本逻辑单元如何通过组合，实现计算机执行算术运算和数据选择等基本功能。当进入时序逻辑电路的部分，我对计算机的“记忆”和“时序控制”有了更深刻的理解。触发器（Flip-flop）的概念，让我明白了计算机如何能够存储信息，而寄存器、计数器、移位寄存器等时序逻辑电路的设计，则让我看到了数据在计算机内部是如何被有序地存储和传递的。书中关于有限状态机（Finite State Machine）的讲解，更是将抽象的控制流程转化为具体的硬件设计，使我能够理解计算机是如何根据不同的状态和输入来执行特定的指令。作者的讲解方式非常专业且易于理解，他始终坚持理论联系实际，提供了大量的例题和习题，帮助我巩固所学知识，并培养了分析和解决问题的能力。这本书为我打下了坚实的数字逻辑基础，也激发了我对计算机硬件设计原理的浓厚兴趣，让我对计算机的内部运作有了更深刻的敬畏和理解。
评分我一直认为，要深入理解计算机，就必须从它的“骨骼”和“神经”入手，而《逻辑与计算机设计基础》这本书，正是这样一本能够带领读者进行深度“解剖”的绝佳教材。在阅读这本书之前，我对计算机硬件的认知，仅停留在“看到”CPU、内存这些名词上，但对其内部的运作机制却知之甚少。这本书以一种极为系统且循序渐进的方式，从最基础的逻辑门（AND、OR、NOT等）开始，将复杂的数字逻辑概念一一剖析。我印象最深刻的是，作者不仅详细讲解了各种逻辑门的功能和电路实现，更重要的是，他通过将这些基本单元组合，构建出更复杂的组合逻辑电路，例如加法器、减法器、比较器、编码器、译码器以及多路选择器等。这些单元，是计算机执行各种运算和数据处理的基础，我对它们的工作原理有了前所未有的清晰认识。当进入到时序逻辑电路的部分，我更是被深深吸引。触发器（Flip-flop）作为存储一位信息的单元，让我明白了计算机“记忆”的本质，而寄存器、计数器、移位寄存器等时序逻辑电路的设计，则让我直观地理解了数据在计算机内部的流动和状态的变化。尤其是有限状态机（Finite State Machine）的设计，它将抽象的控制流程转化为具体的硬件实现，使我能够理解计算机是如何根据不同的状态和输入来执行复杂指令的。作者在讲解过程中，始终坚持理论与实践相结合，提供了大量生动形象的图示、详细的真值表和逻辑图，使得原本枯燥的逻辑概念变得易于理解和掌握。这本书不仅为我打下了坚实的数字逻辑基础，更重要的是，它培养了我一种严谨的、由表及里的逻辑分析能力，这对于我日后深入理解计算机体系结构、微处理器设计等更高级的课题，无疑是至关重要的。
评分在计算机科学的浩瀚知识海洋中，我一直渴望找到一艘能够引领我深入理解其底层运作逻辑的舰船，而《逻辑与计算机设计基础》这本书，正是这样一艘坚实的航船。在此之前，我总觉得计算机的强大功能，是基于某种我们无法触及的神秘力量。但这本书，却像一位经验丰富的向导，将我一步步带入了数字逻辑的世界。作者从最基础的二进制数及其运算开始，再到布尔代数的核心原理，并最终将这些抽象的数学概念转化为具体的逻辑门电路。我惊叹于作者如何将AND、OR、NOT等简单的逻辑门，通过巧妙的组合，构建出能够执行复杂运算的单元，比如加法器、减法器、编码器、译码器以及多路选择器。我尤其欣赏书中对这些组合逻辑电路的详细分析，通过真值表、逻辑图和逻辑表达式的对应关系，让我深刻理解了它们的功能和设计思想。当进入到时序逻辑电路部分，我更是被深深吸引。触发器（Flip-flop）作为存储单元的概念，让我明白了计算机如何能够“记住”信息，而寄存器、计数器、移位寄存器等时序逻辑电路的设计，则让我直观地看到了数据在计算机内部是如何被存储、传递和处理的。书中对有限状态机（Finite State Machine）的讲解，更是将抽象的控制逻辑具象化，让我能够理解计算机是如何根据当前状态和输入信号来执行相应的操作。作者在讲解过程中，始终注重理论与实践的结合，提供了大量的图示、例题和习题，使得抽象的概念变得生动易懂，并且能够有效地巩固所学知识。这本书不仅为我打下了坚实的数字逻辑基础，更重要的是，它培养了我一种严谨的、层层递进的逻辑思维方式，这对于我未来在计算机科学领域的深入探索，具有极其重要的指导意义。
评分《逻辑与计算机设计基础》这本书，对我来说，更像是一次对数字世界底层奥秘的探索之旅。在阅读之前，我总觉得计算机的运作是一个黑箱，里面充满了我们难以理解的复杂性。然而，这本书就像一把钥匙，为我打开了通往这个“黑箱”的门。作者以极具条理性的方式，从最基础的逻辑门电路开始，一步步引导我理解了数字逻辑的构建原理。我惊叹于那些看似简单的逻辑门（AND、OR、NOT等），如何能够通过组合和层叠，最终构成我们今天所熟知的计算机核心部件。书中对布尔代数及其化简方法的讲解，让我明白了如何用更简洁高效的方式来表达和实现复杂的逻辑功能，这对于优化电路设计至关重要。让我印象特别深刻的是，作者在讲解组合逻辑电路时，对加法器、译码器、多路选择器等基本单元的深入剖析。通过时真值表、逻辑图和逻辑表达式的相互转换，我不仅理解了这些单元的功能，更体会到了它们在计算机系统中扮演的关键角色。当进入时序逻辑电路的部分，我更是被深深吸引。触发器（Flip-flop）的概念，让我明白了计算机如何能够“记忆”信息，这是构建更复杂逻辑系统的基础。从D触发器到JK触发器，再到移位寄存器和计数器，我看到了信息是如何被有序地存储和传递的。书中关于有限状态机（Finite State Machine）的设计和分析，更是将抽象的控制逻辑具象化，让我能够理解计算机如何根据不同的状态和输入来执行相应的操作。作者的讲解方式非常直观，辅以大量的图示和清晰的步骤，即使是初学者也能轻松跟上。这本书不仅让我掌握了数字逻辑设计的基础知识，更重要的是，它培养了我用逻辑思维去分析和解决问题的能力。这种能力，在计算机科学的任何领域都是至关重要的。
评分我一直认为，要真正理解一个事物，就必须从它的底层结构入手。《逻辑与计算机设计基础》恰好满足了我这个愿望。在接触这本书之前，我对数字逻辑的概念模糊不清，只知道计算机能够执行各种复杂的任务，但究竟是如何做到的，却是一无所知。这本书为我打开了一扇通往数字世界的大门。从最基础的二进制表示法，到布尔代数的核心公理，再到各种逻辑门（AND、OR、NOT、XOR等）的逻辑功能和电路实现，作者都讲解得极为透彻。尤其让我印象深刻的是，作者将抽象的逻辑表达式转化为实际的电路图，并进一步解释了这些基本逻辑门如何组合成更复杂的组合逻辑电路，比如编码器、译码器、多路选择器等等。这些单元在计算机系统中扮演着至关重要的角色，它们是信息传递和处理的基石。书中关于时序逻辑电路的章节更是让我眼前一亮，特别是触发器（Flip-flop）的概念，它能够存储一位信息，是构建时序逻辑电路的基础。我理解了如何利用触发器构建寄存器、计数器等，这些单元在计算机的内存和控制单元中无处不在。作者还深入探讨了有限状态机（Finite State Machine）的设计，这是一种用于描述和实现顺序逻辑功能的强大工具。通过对状态转移图和状态表的分析，我能够清晰地理解计算机如何根据输入和当前状态来决定下一步的操作。这本书的编排非常合理，内容由浅入深，既有理论的严谨性，又不失实践的指导意义。通过书中的大量例题和习题，我不仅巩固了所学的知识，还培养了分析和解决问题的能力。这本书让我对计算机的硬件设计有了更深刻的认识，也为我后续学习计算机体系结构、微处理器设计等更高级的课程打下了坚实的基础。
评分在我看来，理解计算机的本质，必须从其最核心的运作机制入手，而《逻辑与计算机设计基础》这本书，正是这样一本能够引领读者深入探究的绝佳读物。在接触这本书之前，我总觉得计算机的强大功能来自于某种难以言喻的“黑魔法”，但这本书像一盏明灯，为我揭示了隐藏在这“魔法”背后的严谨逻辑。作者以极其系统和清晰的教学方法，从最基本的逻辑门（AND、OR、NOT等）开始，将抽象的布尔代数运算转化为实际的电子电路。我尤为赞赏的是，书中对不同类型逻辑门的特性、符号以及它们在电路中的具体实现都进行了详尽的阐述。更让我惊喜的是，作者并没有仅仅停留于单个逻辑门的介绍，而是巧妙地将这些基本单元组合起来，构建出更复杂的组合逻辑电路，例如加法器、减法器、比较器、编码器、译码器以及多路选择器等。通过这些单元的设计和分析，我开始理解计算机是如何执行算术运算、如何进行数据选择和路由的。尤其是在讲解时序逻辑电路时，我第一次真正理解了“状态”和“时钟”在数字系统中的重要性。触发器（Flip-flop）作为存储单元的概念，让我明白了计算机如何能够“记忆”信息，而寄存器、计数器、移位寄存器等时序逻辑电路的设计，则让我看到了信息在计算机内部的流动和处理过程。有限状态机（Finite State Machine）的设计，更是将抽象的控制逻辑转化为具体的硬件实现，让我对计算机的指令执行和状态转换有了更深入的理解。作者在讲解过程中，始终注重理论与实践相结合，提供了大量的图示、真值表和逻辑图，使抽象的概念变得直观易懂。这本书不仅教授了我宝贵的数字逻辑知识，更重要的是，它培养了一种严谨的、层层递进的逻辑思维方式，这对于我未来在计算机科学领域的学习和研究具有极其重要的意义。
评分记录一下，大二上蔡铭老师教的。
评分怎么说，排版不行，翻译过来的文字不通顺，读起来有困难。
评分邝继顺老师讲的 这本书是我大二上读的最透彻的一本
评分和翔相比 一个看着是 一个读着是
评分所有的加减乘除都可以变成等价的布尔二进制的逻辑运算，而那些二进制的逻辑运算，则可以通过简单的电路来实现。这样为了解决一个复杂的数学问题，只需要将其分解为很多加减乘除的运算，然后等价为开关电路的逻辑运算。后者的实现就间接达到了前者的目标。《继电器与开关电路的符号分析》香农
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