从算法设计到硬线逻辑的实现

从算法设计到硬线逻辑的实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:高等教育出版社
作者:
出品人:
页数:292页
译者:
出版时间:1900-01-01
价格:22.00元
装帧:26cm
isbn号码:9787040092523
丛书系列:
图书标签:
  • 未分类
  • 数字系统
  • 算法设计
  • 数字逻辑
  • FPGA
  • Verilog
  • 硬件实现
  • 计算机体系结构
  • 嵌入式系统
  • 电子设计
  • 数字电路
  • HDL
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具体描述

这是一本深度探索计算机科学核心领域——算法设计与硬件实现之间桥梁的著作。本书并非机械地罗列算法或硬件细节,而是着重于揭示两者之间深刻的逻辑联系、相互影响以及如何将抽象的计算思想转化为具体、高效的物理电路。 全书围绕“从概念到实体”的转化过程展开,首先,它会带领读者系统性地回顾经典和现代的算法设计范式,包括但不限于分治法、动态规划、贪心算法、随机化算法以及近年来越发重要的机器学习算法中的核心思想。在介绍每种算法时,本书将不仅仅停留在理论层面,而是会深入剖析算法的计算复杂度、最优性证明以及其在解决各类问题时的性能特点。读者将学习如何构建高效、可扩展的算法,理解不同算法在时间、空间和能耗上的权衡。 紧接着,本书会将视角转向硬件实现层面。它会详细介绍数字逻辑设计的基础,从布尔代数、逻辑门到组合逻辑和时序逻辑电路的设计原则。读者将学习如何使用硬件描述语言(HDL),如Verilog或VHDL,来描述和验证数字电路。本书会系统性地讲解状态机、微处理器架构、存储器系统以及数据通路设计等关键概念。 然而,本书的独特之处在于它并非将算法和硬件设计割裂开来。它将重点放在“算法的硬件化”(Hardware Acceleration of Algorithms)这一核心主题上。这意味着读者将学习如何分析特定算法的计算模式,并将其转化为高效的硬件架构。例如,对于循环密集型算法,将探讨如何设计并行数据通路、流水线执行单元以及专门的硬件加速器来大幅提升计算速度。对于需要大量并行处理的算法,本书将介绍如何利用FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的并行性来设计定制化的计算单元。 书中会包含大量实例分析,通过具体的算法(如矩阵乘法、快速傅里叶变换、排序算法、图算法等)来展示如何将其分解成可执行的硬件模块。读者将学习如何从算法的计算图(computation graph)出发,推导出相应的硬件结构,包括如何设计高效的算术逻辑单元(ALU)、如何优化数据在寄存器和存储器之间的流动,以及如何处理时序约束和时钟频率。 此外,本书还会涉及面向硬件实现的软件优化技巧,例如编译器如何进行循环展开、指令调度等操作以更好地映射到硬件。同时,它也会探讨软件和硬件协同设计的重要性,包括如何通过模拟仿真和原型验证来加速开发周期,以及如何进行性能分析和瓶颈定位。 对于高级主题,本书会触及如何设计低功耗硬件以满足移动和嵌入式系统的需求,以及如何利用并行处理能力来加速高性能计算(HPC)任务。读者还将了解到存储器层次结构(缓存、主存)对算法性能的影响,以及如何设计与算法匹配的高效存储器访问策略。 本书旨在培养读者一种“硬件思维”,即在设计算法时就考虑到其最终的硬件实现,反之亦然,在设计硬件时能够充分利用算法的内在结构和特性。它强调的是一个迭代优化的过程,通过对算法和硬件的联合分析和设计,最终实现性能、功耗和成本的最佳平衡。 总而言之,这本书是一份关于如何将抽象计算思想转化为具体、高效的数字电路实现的全面指南,它连接了理论算法设计和实际硬件工程的鸿沟,为读者提供了一套系统性的方法论和实践技巧。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我是一名刚刚接触数字电路设计的学生,对于如何将数学算法转化为实际的硬件逻辑感到非常好奇和困惑。我学习了很多经典的算法,比如搜索算法、图算法,甚至是一些信号处理算法,但总感觉它们与我手中正在学习的逻辑门、触发器、寄存器这些基础概念之间,隔着一层看不见的屏障。这本书的题目,恰恰指出了我最想跨越的这道鸿沟——“从算法设计到硬线逻辑的实现”。我非常希望这本书能够一步一步地带领我,从一个抽象的算法描述,逐步转化为具体的硬件逻辑电路。例如,一个简单的加法算法,在硬件中是如何用全加器组成的?一个循环体,在硬件中是如何通过状态机来控制的?我期待书中能有大量的图示和电路图,清晰地展示算法的每个步骤是如何映射到硬件组件的。更重要的是,我希望它能教会我如何选择合适的硬件结构来高效地实现特定的算法,以及如何进行性能评估和优化。这本书给我一种感觉,它是在教授一种“用逻辑语言思考和实现计算”的技能,让我能够将学到的算法知识,真正地转化为能够执行的物理电路。

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我是一名对计算机体系结构充满浓厚兴趣的学生,一直以来,我都觉得理解计算机是如何工作的,不仅仅停留在指令集层面,更应该深入到其底层的硬件实现。算法设计固然重要,但如果不能有效地转化为硬件,那么它的潜力就无法完全发挥。这本书的名字,恰恰触及了我最渴望了解的知识点——算法如何转化为具体的硬件电路。我希望这本书能够详细地解释,例如,一个排序算法,是如何通过硬件逻辑门来实现的?它的时序控制是如何完成的?数据在寄存器之间是如何流动的?我期待书中能有对各种常见算法(如快速排序、归并排序、图算法等)在硬件实现上的详细分析,包括它们在硬件上的表现形式,比如使用多少寄存器、多少加法器、多少乘法器等等。更重要的是,我希望它能教授我一些基本的硬件设计原则,让我能够理解,当我在设计一个算法时,应该如何考虑到硬件实现的成本和效率。这本书给我一种感觉,它是在弥合理论与实践之间的巨大鸿沟,让我从抽象的算法描述,走向具体可实现的电子设计。我非常期待能通过这本书,获得一种对计算机底层运作机制更深刻的理解。

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我最近正在研究一些与高性能计算相关的领域,尤其是那些需要处理大规模数据集的任务,比如科学模拟、大数据分析等。我发现,很多时候,算法的效率瓶颈并不在于理论上的时间复杂度,而在于实际的硬件执行效率。软件层面的优化虽然重要,但有时无法突破硬件本身的限制。我一直在寻找能够帮助我理解如何将高性能算法转化为高效硬件实现的资源。这本书的题目,尤其是“硬线逻辑的实现”这一部分,立刻引起了我的注意。我非常想了解,那些在软件中用于加速计算的技术,比如 SIMD(单指令多数据流)、流水线技术、以及各种并行处理架构,是如何在硬件层面实现的。我期待书中能提供一些关于如何将一些计算密集型的算法,例如矩阵乘法、FFT(快速傅里叶变换)等,映射到特定的硬件架构上,并且能够详细讲解其实现细节,包括数据通路设计、控制逻辑设计、以及时序约束的考虑。这本书给我一种感觉,它是在教授一种“将抽象的计算任务转化为具体硬件解决方案”的能力。我希望它能为我提供一套系统性的方法论,让我能够更好地理解和应用高性能计算的硬件实现原理。

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我一直对计算机的底层工作原理着迷,尤其是当抽象的算法逻辑最终转化为物理的电子器件时,那种神奇的转换过程让我感到无比好奇。我学习过很多算法,但总觉得少了点什么,那就是它们在硬件上的具体形态。这本书的题目,“从算法设计到硬线逻辑的实现”,正是我梦寐以求的桥梁。我非常期待书中能够详细讲解,比如一个简单的计数器,在硬件层面是如何由一系列触发器和逻辑门组成的;一个数据选择器,又是如何通过组合逻辑来实现的。我希望它能提供一些清晰的图示和代码示例,展示如何将抽象的算法步骤,一步一步地翻译成硬件描述语言,并最终映射到实际的硬件结构上。我尤其关注书中是否会涉及一些关于硬件设计流程的内容,比如如何进行逻辑综合、布局布线、以及时序分析等。这本书给我一种感觉,它是在教授一种“将理论知识转化为实际技能”的能力,让我能够真正理解计算机硬件是如何执行算法的,并且能够自己动手去实现。我期待它能给我带来一种“豁然开朗”的体验,让我对计算机的底层运作有了更深刻、更直观的认识。

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这本书的题目就足够吸引我了,我一直对算法的设计和最终的硬件实现之间那道神秘的鸿沟感到好奇,而这本书似乎正是要填补这一空白。我一直觉得,很多时候我们学到的算法,尤其是那些经典且高效的算法,在实际应用中如果能够直接映射到硬件层面,那会带来多么惊人的性能提升!想象一下,一个复杂的信号处理算法,如果能够通过 FPGA 甚至 ASIC 来硬编码,它的处理速度将远非软件模拟可比。我特别期待书中能够深入剖析这一转化过程,例如如何将一个循环迭代的算法转化为流水线式的硬件结构,如何处理数据依赖性,以及如何优化时序和面积。如果书中还能涉及到一些现代的硬件描述语言(HDL),比如 Verilog 或 VHDL,并且能够展示如何用这些语言来具体实现算法的各个部分,那将是极好的。我希望它能提供一些实用的技巧和最佳实践,帮助我理解如何在硬件约束下进行算法设计,或者反过来,如何将现有的算法适配到硬件实现中。这本书的吸引力在于它连接了两个看似截然不同的领域,理论与实践的融合,抽象思维与具体实现的跨越,这本身就充满了挑战和趣味。我迫切地想知道,作者是如何将这些复杂的概念融会贯通,并用一种清晰易懂的方式呈现出来的。

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在我最近的项目中,我遇到了一个非常有意思的问题:如何设计一个能够高效处理大量传感器数据的嵌入式系统。这涉及到实时的数据采集、预处理、以及一些基于数据的决策。我的困扰在于,传统的软件实现方式在面对如此巨大的数据吞吐量时,性能出现了明显的瓶颈。我一直在思考,如果能够将一些关键的预处理算法,比如滤波、峰值检测、或者简单的模式识别,直接硬编码到硬件中,那将会极大地提升系统的响应速度和效率。这本书的题目,尤其是“从算法设计到硬线逻辑的实现”,正是我所急切需要的。我希望它能提供一些关于如何将数字信号处理(DSP)算法转化为硬件实现的方法,包括如何处理采样率、量化误差,以及如何设计高效的流水线结构来处理连续的数据流。我特别感兴趣的是,书中是否会提供一些关于FPGA应用开发的指导,以及如何利用HDL语言来描述和实现这些算法。这本书给我一种感觉,它不仅是理论知识的传授,更是实践技能的培养,能够帮助我将抽象的算法概念转化为实际可运行的硬件逻辑。我期待它能为我打开一扇新的大门,让我能够用更高效、更底层的技术来解决实际问题。

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我是一名对低功耗设计领域有着浓厚兴趣的研究者。在低功耗设计中,算法的选择和实现方式对最终的功耗有着至关重要的影响。我一直在探索如何通过优化算法在硬件层面的实现,来达到极致的低功耗目标。这本书的题目,尤其是“从算法设计到硬线逻辑的实现”,恰好触及了我研究的核心问题。我非常希望这本书能够深入探讨,在硬件实现过程中,有哪些因素会对功耗产生显著影响,以及如何通过算法层面的调整和硬件结构的优化来降低功耗。例如,如何选择更节能的逻辑单元?如何利用数据复用和时钟门控来减少不必要的活动?我期待书中能提供一些关于低功耗硬件设计的具体方法和技巧,并且能结合一些经典的算法案例,展示如何通过精细的硬件设计来实现低功耗目标。这本书给我一种感觉,它是在教授一种“用效率和优化驱动硬件性能”的理念,让我能够设计出更具竞争力的低功耗产品。我渴望通过这本书,获得一种对算法与功耗之间深刻关系的理解,并掌握实现低功耗硬件设计的关键技术。

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我最近在尝试将一些机器学习模型部署到嵌入式设备上,而这方面的挑战,很大程度上就卡在了算法的硬件化处理上。很多模型在软件上运行尚可,但一旦移植到资源受限的硬件平台,性能就成了巨大的瓶颈。我一直在寻找能够指导我如何将这些模型中的计算密集型部分,比如卷积、矩阵乘法等,用硬件的方式去加速的资料。这本书的题目,尤其是“硬线逻辑的实现”这部分,立刻吸引了我的注意。我希望它能提供一些关于如何将这些算法优化到硬件层面的具体方法论,比如如何利用并行处理的思想来设计高效的硬件模块,如何处理数据的 quantization(量化)以降低硬件资源的消耗,以及如何进行功耗和面积的权衡。我非常好奇书中是否会涉及一些更高级的硬件设计理念,例如如何利用特定的硬件加速器架构,或者如何设计一些可重构的硬件模块来适应不同算法的需求。如果能看到一些具体的案例分析,展示如何将某个典型的算法从概念到最终硬件实现的整个过程,那对我来说将是无价的。我期待这本书能给我带来一种“原来算法还可以这样实现”的启发,并且能让我掌握一些实际的工具和技术,从而真正地解决我在嵌入式硬件部署方面的难题。

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我一直对数字逻辑设计和计算机架构有着浓厚的兴趣,而这两者之间最重要的连接点,我认为就是算法在硬件层面的实现。很多时候,我们学习的算法,虽然在理论上非常优美,但在实际的硬件平台上,如何高效地转化和执行,却是一门非常微妙的艺术。这本书的题目,恰恰点明了这条从抽象到具体的路径,让我感到非常兴奋。我非常期待书中能够详细讲解,例如,一个简单的乘法器,或者一个加法树,在硬件层面是如何构成的,又是如何通过时钟信号来同步工作的。我希望它能深入剖析,那些在软件中看似简单的循环和条件判断,在硬件设计中会演变成怎样的逻辑结构。我尤其关注书中是否会提供一些关于如何进行硬件性能优化的技巧,比如如何通过增加并行度来缩短计算时间,如何通过减少逻辑门的使用来降低功耗和面积。这本书给我一种感觉,它是在教授一种“用硬件的思维去思考算法”的能力,让我能够在设计算法之初,就考虑到其在硬件上的可行性和效率。我迫切地想知道,如何将那些优雅的数学模型,转化为坚实的、由逻辑门组成的实体。

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我一直对嵌入式系统和物联网设备的设计非常感兴趣,而这些设备的核心挑战之一,就是如何在资源受限的环境下实现高效的计算和数据处理。很多情况下,为了满足功耗、成本和性能的要求,必须将某些关键的算法直接硬化到硬件中。我一直在寻找能够指导我完成这一过程的资料。这本书的题目,特别是“硬线逻辑的实现”,正是我所需要的。我非常好奇书中是否会涉及一些将算法优化到硬件层的通用策略,比如如何利用流水线技术来提高吞吐量,如何通过并行化来加速计算,以及如何利用状态机来控制复杂的逻辑流程。我特别期待书中能提供一些关于如何将嵌入式系统中最常用的算法,比如 PID 控制算法、数据采集和滤波算法等,用 HDL 语言实现,并进行仿真和验证的实例。这本书给我一种感觉,它是在教授一种“将软件算法的智慧赋予硬件生命”的能力,让我能够设计出更强大、更高效的嵌入式系统。我希望它能为我提供一套实用的工具箱,让我能够应对各种嵌入式硬件实现的挑战。

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是我手上那本ISBN: 9787811243093的书的旧版吗?

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