现代逻辑设计

现代逻辑设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:电子工业出版社
作者:兰迪·H·卡茨
出品人:
页数:607
译者:
出版时间:2005-8
价格:58.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787121014475
丛书系列:
图书标签:
  • 教材
  • 计算机硬件
  • 英语
  • 电子电路
  • 中国
  • 2005
  • 逻辑设计
  • 数字电路
  • 计算机组成原理
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  • 数字系统设计
  • 布尔代数
  • 组合逻辑
  • 时序逻辑
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具体描述

本书保持第一版注重介绍数字逻辑设计的基本内容、概念和方法这一特点,又结合目前数字设计技术的发展,更新了相应的硬件技术,加入了最新的可编程逻辑技术的知识,还引入了电子设计自动化的设计工具,通过使用目前在数字逻辑设计中占主导地位的硬件描述语言Verilog描述了一些典型的设计实例,帮助读者和工程师用硬件描述语言进行更深入的数字系统设计。全书共分三部分:第1章是对逻辑设计的整体概述;第2章至第5章涵盖组合逻辑的内容;第6章至第10章则是有关时序逻辑的介绍。

本书结构安排合理,清楚地定义了概念、技术、工具和实际问题,提供了大量的设计实例,并用这些例子明确论述了设计经验和规则。本书非常适合作为大专院校数字逻辑设计课程的教材,也可作为从事数字逻辑设计的工程技术人员的参考书。

《深入理解计算机系统》简介 作者:[在此处填写真实的作者姓名] 出版社:[在此处填写真实的出版社名称] 出版年份:[在此处填写真实的出版年份] --- 第一部分:绪论与基础概念 本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角,剖析现代计算机系统的核心运作原理。我们不局限于单一的硬件或软件层面,而是致力于构建一个统一的认知框架,理解从最底层的晶体管开关到最高层的应用程序执行之间复杂的交互关系。 1.1 信息表示与处理:比特的宏大叙事 本章将从最基础的信息单位——比特(bit)开始,探讨数字系统如何利用二进制来表示和操作所有形式的数据。我们将详细解析整数和浮点数的存储标准(如IEEE 754),揭示它们在计算机内部的精确表达方式及其固有的精度限制。此外,还会深入讨论字符编码(如ASCII和Unicode)如何实现文本的数字化。本章的核心在于建立一个坚实的基石:理解数据在计算机内部的本质形态。 1.2 汇编语言与程序控制流:机器的语言 程序不再是抽象的源代码,而是需要被翻译成机器可执行的指令序列。本章将引导读者进入汇编语言的世界,以经典的x86-64架构为例,解析指令集、寄存器结构以及内存寻址模式。重点分析过程调用机制(栈帧的建立与维护)、控制流指令(跳转、循环、条件判断)是如何在底层实现的,并探讨编译器如何将高级语言结构映射到这些低级操作上。理解这一层,是理解程序性能和安全性的前提。 第二部分:处理器架构与执行 计算机的“大脑”是如何工作的?本部分将聚焦于中央处理器(CPU)的设计与实现。 2.1 处理器结构:流水线与指令级并行 我们将详细探讨现代高性能处理器的核心设计哲学——指令级并行(ILP)。重点解析指令流水线(Instruction Pipelining)的概念,包括取指、译码、执行、访存和写回等阶段。深入剖析如何通过多发射、超标量架构以及分支预测技术来最大化指令吞吐量,同时阐述数据冒险和控制冒险的产生机制及其解决方案(如转发/旁路技术)。 2.2 存储器层次结构:速度与容量的平衡艺术 现代计算性能的瓶颈往往不在于CPU的运算速度,而在于数据获取的速度。本章将系统性地介绍存储器层次结构,从速度最快但容量最小的寄存器,到L1、L2、L3缓存,再到主存(DRAM),直至后端的二级存储(固态硬盘/机械硬盘)。我们将详述缓存的工作原理,包括映射方式(直接映射、组相联、全相联)、替换策略和写操作策略,量化分析局部性原理(时间局部性和空间局部性)对程序性能的决定性影响。 第三部分:程序与存储器的交互 程序如何管理和使用内存是系统设计的关键。 3.1 虚拟内存:抽象与隔离的基石 虚拟内存系统是现代操作系统中最复杂也最重要的组件之一。本章将深入讲解虚拟地址到物理地址的翻译过程,包括页表结构、多级页表以及转换后援缓冲器(TLB)。阐明虚拟内存是如何实现进程间的隔离保护、提供大容量内存抽象以及支持高效的内存共享的。同时,我们将探讨缺页中断(Page Fault)的处理流程及其对程序执行的影响。 3.2 链接与加载:从源代码到可执行文件 一个程序如何从源代码文件转变为在内存中运行的进程?本章将剖析编译、汇编和链接的完整过程。重点介绍目标文件格式(如ELF),静态链接与动态链接的区别与联系。特别是对动态链接库(如.so或.dll)的加载机制、GOT(Global Offset Table)和PLT(Procedure Linkage Table)的运作原理进行细致的梳理,揭示程序启动的幕后细节。 第四部分:系统级编程与I/O 计算机系统不仅仅是执行计算,它还需要与外部世界进行交互。 4.1 进程与并发:任务的并行管理 本章探讨进程的概念、进程的创建与终止、上下文切换的机制。在此基础上,引入并发编程模型,分析多线程和多进程的异同。深入探讨并发带来的挑战,包括数据竞争(Race Condition)和死锁(Deadlock),并详细介绍同步机制,如互斥锁(Mutex)、信号量(Semaphore)和条件变量(Condition Variable)的正确使用方法。 4.2 I/O系统与网络编程基础 我们将解析计算机如何与外部设备(如磁盘、键盘、网络接口卡)进行通信。重点介绍中断驱动I/O、直接内存访问(DMA)的工作流程。最后,本书会提供一个关于网络编程的系统级视角,介绍套接字(Socket)接口、TCP/IP协议栈的简要分层结构,以及同步/异步I/O模型(如select/poll/epoll)在处理高并发连接时的优势与局限性。 本书特点: 系统性贯穿: 本书严格遵循“从比特到系统”的纵深结构,将硬件、操作系统、编译原理和体系结构知识融会贯通。 实践导向: 每一章节都配有丰富的代码示例,帮助读者亲手观察高级语言特性在底层是如何被解释和执行的。 性能洞察: 强调理解系统内部机制是优化代码性能的唯一途径,致力于培养读者的“系统思维”。 本书适合希望全面掌握计算机底层工作原理的软件工程师、系统架构师、计算机科学专业的学生以及任何对构建高效、可靠软件系统抱有浓厚兴趣的读者。阅读本书后,您将能清晰地看到自己编写的每一行代码是如何在硅片上被翻译、调度和执行的。

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读后感

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用户评价

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这本书的案例分析能力简直是无与伦比,它将理论知识与实际应用完美地结合在了一起。我一直对FPGA(现场可编程门阵列)和ASIC(专用集成电路)的区别感到好奇,而《现代逻辑设计》用非常直观的方式解释了这一点。书中通过对同一个逻辑功能的实现,分别展示了在FPGA和ASIC上的不同考量。比如,在FPGA设计中,更注重资源的复用和配置的灵活性,而ASIC设计则更关注性能、功耗和面积的最优化。作者通过对比不同设计目标下的权衡,让我理解了“没有最好的设计,只有最适合的设计”的道理。我特别喜欢书中关于“时序违例”的讲解,这部分内容在很多入门书籍中都被一带而过,但却是影响电路稳定运行的关键。作者不仅详细解释了各种可能导致时序违例的原因,比如路径延迟过大、时钟偏移等,还给出了相应的分析工具和解决策略。我记得书中有一个章节,专门讨论了如何使用STA(静态时序分析)工具来找出并修复时序问题,这让我对实际的芯片设计流程有了更深的认识。这种贴近工程实践的讲解,让我感觉自己不仅仅是在读书,更像是在与一位经验丰富的工程师一起工作。

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这本书真的是太让我惊艳了!我一直对计算机底层工作原理充满好奇,尤其是那些抽象的逻辑门是如何构建出我们每天使用的复杂系统的。在翻阅《现代逻辑设计》之前,我尝试过不少其他入门级的电子工程书籍,但大多过于理论化,要么就是流于表面,让我感觉抓不住重点。然而,这本书完全不同。它从最基础的布尔代数开始,循序渐进地讲解了与门、或门、非门等基本逻辑单元的设计与组合。作者的讲解方式非常清晰,即便是我这种初学者,也能很快理解其中的概念。更让我惊喜的是,书中对组合逻辑和时序逻辑的阐述,简直是醍醐灌顶。比如,在讲解触发器的时候,作者不仅仅是给出了电路图,还深入分析了其内部的工作时序,以及在不同时钟边沿触发下的状态变化,这让我对寄存器、计数器等基本存储单元有了前所未有的深刻认识。书中的例子也十分贴切,从简单的加法器到更复杂的ALU(算术逻辑单元)设计,都能够清晰地展示逻辑设计的应用。我特别喜欢书中对于时序约束和时钟同步的讲解,这部分内容往往是初学者容易忽略但又至关重要的。作者用生动的语言和图示,让我理解了亚稳态的产生原因以及如何避免,这对于设计可靠的数字电路至关重要。总的来说,这本书为我打开了一扇通往数字世界的大门,让我对计算机的“心脏”有了更深入的理解,也激发了我进一步学习更高级的数字设计技术的强烈兴趣。

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这本书的叙述风格实在是太吸引人了,作者仿佛是一位经验丰富的老朋友,在我耳边娓娓道来,将那些原本可能枯燥无味的逻辑概念变得生动有趣。我尤其欣赏书中对“状态机”的讲解,这部分内容往往是许多其他书籍中比较晦涩难懂的部分。作者通过一个简单但又极其形象的例子——一个交通灯控制器——来逐步构建有限状态机的概念。从最初的抽象状态定义,到状态转移图的绘制,再到状态转移表的生成,以及最后如何将其转化为具体的逻辑电路,整个过程被分解得非常细致。我记得书中对于“异步状态机”和“同步状态机”的对比分析,让我深刻理解了它们的优缺点以及适用场景。作者并没有回避其中的复杂性,而是通过详尽的解释和图示,帮助我克服了对这类概念的恐惧。此外,书中对“流水线技术”的阐述也让我大开眼界。我之前一直以为CPU的工作原理是串行的,而这本书让我明白了,通过将指令执行过程分解成多个阶段,并让不同的指令在不同的阶段并行处理,可以极大地提高处理器的吞吐量。这种“分而治之”的思想,不仅在逻辑设计中适用,在很多其他领域也同样具有借鉴意义。这本书让我不仅仅是学习了知识,更重要的是学习了一种解决问题的思路和方法。

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我不得不说,《现代逻辑设计》这本书的深度和广度都超出了我的预期,尤其是它在方法论上的指导意义,让我受益匪浅。我并非科班出身,在接触这本书之前,我对逻辑设计更多停留在“听说过”的阶段。而这本书,从一开始就强调了“设计思维”的重要性。它不仅仅是教你如何画电路图,更重要的是训练你如何将一个抽象的功能需求,分解成一系列可实现的逻辑模块,并进行优化。我记得其中一个章节,详细讲解了如何利用卡诺图和布尔代数进行逻辑函数的化简,虽然过程有些枯燥,但作者通过对比化简前后电路的复杂度,直观地展示了优化带来的效率提升。这让我明白了,在实际的工程设计中,每一个晶体管的节省都可能意味着更低的功耗、更小的芯片面积和更高的生产良率。书中还引入了HDL(硬件描述语言)的概念,并给了不少Verilog和VHDL的入门示例。这对我来说是又一个巨大的惊喜,因为我一直觉得HDL离我非常遥远,是一项只有资深工程师才能掌握的技能。但这本书的讲解,将HDL的抽象概念变得具体可行,让我看到了通过编程来描述和验证数字电路的可能性。特别是书中对仿真和时序分析的介绍,让我理解了在实际物理实现之前,如何通过软件工具来检测设计的正确性和性能。这种“先软件后硬件”的验证方法,极大地降低了设计风险。这本书真的让我感受到了现代数字设计工程的严谨与高效。

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《现代逻辑设计》这本书,给我最大的感受就是它的“实用性”。作者仿佛深知读者在学习过程中可能会遇到的困惑,并在书中巧妙地解答了这些疑惑。我尤其欣赏书中对“错误排查”和“调试”的讲解。在实际的逻辑设计过程中,难免会遇到各种各样的问题,而如何高效地找出并解决这些问题,是一项至关重要的技能。作者通过列举一些常见的逻辑错误,并给出相应的排查思路和工具使用方法,为我提供了一个非常好的起点。我记得书中有一个章节,专门讨论了如何利用仿真波形来分析电路的行为,以及如何通过断点和单步执行来定位问题。这让我感觉,自己不仅仅是在学习设计,更是在学习如何成为一名优秀的“数字电路医生”。此外,书中还对“模块化设计”的思想进行了深入的阐述。作者鼓励读者将复杂的系统分解成独立、可复用的模块,并强调了接口定义的重要性。这种思想,不仅能提高设计的效率,还能增强代码的可读性和可维护性。这本书让我体会到了,好的设计不仅仅是功能的实现,更是工程效率和可维护性的提升。

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《现代逻辑设计》在内容的组织上,给我留下了非常深刻的印象。它并非那种零散的知识点堆砌,而是构建了一个逻辑严谨的知识体系。我特别喜欢书中关于“时钟域交叉”问题的讨论,这绝对是数字电路设计中最容易踩坑的地方之一。作者用清晰的图示展示了不同时钟域之间数据传输可能遇到的同步问题,比如数据在时钟边沿采样时发生的不确定性,以及可能导致的亚稳态。更重要的是,书中提供了一系列解决方案,例如使用双触发器同步器、握手信号等。作者在讲解这些解决方案时,都给出了具体的电路实现和工作原理分析,让我能够理解“为什么”这样做能解决问题,而不仅仅是“怎么做”。这种深入浅出的讲解方式,让我对这些看似棘手的工程问题有了豁然开朗的感觉。另外,书中对“芯片级设计流程”的介绍也让我耳目一新。从RTL(寄存器传输级)代码编写,到逻辑综合、布局布线,再到最后的物理验证,作者简要地勾勒出了整个芯片从设计到制造的完整流程。虽然书中对每个环节的深入程度有限,但它为我提供了一个宏观的视角,让我理解了逻辑设计在整个工程实现中的位置和作用。这种全局观的培养,对于理解和从事复杂的工程项目至关重要。

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《现代逻辑设计》的语言风格,有一种让人沉浸其中的魔力。作者的遣词造句,既准确又不失生动,总能在关键的地方点睛,让我豁然开朗。我印象最深刻的是关于“数据通路”和“控制通路”的区分。许多初学者可能只关注到一个系统的功能实现,但往往忽略了其内部结构的划分。这本书用非常清晰的逻辑,将一个复杂的数字系统分解成数据处理的部分(数据通路)和指挥数据处理的部分(控制通路)。作者通过对比不同指令执行时,数据通路和控制通路的变化,让我看到了一个系统是如何通过有序的控制信号来驱动数据高效流动的。这对于我理解CPU的指令执行流程、内存管理单元等概念,起到了至关重要的作用。书中还对“流水线”和“乱序执行”等高级CPU设计技术做了简要但深入的介绍。虽然这些概念本身就比较复杂,但作者通过类比和图示,将这些抽象的技术变得易于理解。我感觉自己像是站在巨人的肩膀上,能够俯瞰整个数字系统设计的壮丽图景。这本书的价值,不仅仅在于传授知识,更在于培养一种抽象思维和系统分析的能力。

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这本书的深度和广度,绝对是我近期阅读过的技术类书籍中的佼佼者。它不仅仅是停留在基础的逻辑门组合,而是深入到了一些更具挑战性的领域。我特别想提一下书中关于“异步电路设计”的探讨。虽然现代数字设计大多依赖于同步时钟,但异步电路在某些特定场景下,例如低功耗设计、高速接口等,仍然具有其独特的优势。作者并没有回避异步电路的复杂性,而是用清晰的图示和详细的解释,来阐述异步信号的握手协议、竞争检测等关键概念。这让我对数字电路设计的可能性有了更广阔的认知。此外,书中对“可综合性”的强调也让我受益匪浅。作者不仅教我们如何编写HDL代码,更重要的是教我们如何编写“可综合”的HDL代码,即那些能够被逻辑综合工具正确转换成实际硬件电路的代码。书中列举了不少常见的“不可综合”的写法,并给出了相应的替代方案,这对于避免在实际项目开发中浪费大量的时间和精力,非常有帮助。这本书让我感觉,自己不仅仅是在学习理论,更是在学习一种工程的“最佳实践”。

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《现代逻辑设计》在内容组织上,有一种从宏观到微观,再从微观回到宏观的流畅感。作者并没有一开始就陷入到各种具体的逻辑门和电路中,而是先为我们构建了一个数字系统设计的整体框架。我特别喜欢书中关于“抽象层次”的讲解,从行为级描述,到寄存器传输级(RTL),再到门级网表,最后到物理版图,作者清晰地展示了在不同抽象层次上,我们如何描述和操作数字电路。这让我理解了,为什么在现代电子设计自动化(EDA)工具中,可以实现如此高效的设计流程。每一个抽象层次的工具,都可以基于前一个层次的结果,进行更详细的分析和优化。书中还对“验证”的重要性进行了强调,并介绍了不同的验证方法,如仿真、形式验证等。这让我深刻认识到,在实际工程中,80%的时间可能都花在了验证上。一本好的逻辑设计书籍,不应该只教你如何“设计”,更应该教你如何“确保设计是正确的”。这本书在这方面提供了非常宝贵的指导。

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这本书的逻辑严谨性,以及对细节的关注程度,让我由衷地感到敬佩。我一直认为,很多工程问题,其根源往往在于对基础概念理解不够透彻。而《现代逻辑设计》在这方面做得非常出色。它不仅仅是罗列公式和电路图,更注重对每一个概念的“为什么”进行深入剖析。我记得书中关于“竞争与冒险”的章节,这是数字逻辑设计中一个非常容易被忽视但又极具危害性的问题。作者用生动的例子,展示了在某些情况下,由于信号传播延迟的不一致,会导致输出信号出现短暂的毛刺,从而可能引发逻辑错误。书中还介绍了 Remedies(解决办法),比如使用滤波电路、添加冗余门等。这些看似微小的细节,却直接关系到整个系统的稳定性和可靠性。此外,书中对“时钟树综合”的讲解也让我大开眼界。我之前只知道时钟很重要,但从来没有想过,如何将一个时钟信号高效、同步地分配到芯片的数百万个逻辑门上,竟然是一门如此复杂的艺术。作者用图示和解释,让我理解了时钟偏差(Skew)和时钟抖动(Jitter)的危害,以及如何通过专门的时钟树来尽量减小它们的影响。这本书让我明白,真正的工程智慧,往往体现在对每一个细节的精益求精上。

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收获与考试得分成反比的一门课,罗姐姐讲得还不错

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很棒的数电书 推荐原版

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[昔日所读] 大二 数字逻辑电路 课程参考教材,翻译了一部分。

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