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出版者:清华大学出版社

作者:伯格 (Wilhelm Burger)

出品人:

页数:190

译者:

出版时间:2015-2-1

价格:CNY 34.50

装帧:平装

isbn号码:9787302388555

丛书系列:世界著名计算机教材精选

图书标签:

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《数字逻辑与计算机组成原理：从比特到架构的飞跃》 在这信息爆炸、技术革新日新月异的时代，计算机早已渗透到我们生活的方方面面，成为推动社会进步的强大引擎。然而，我们日常使用的便捷界面背后，隐藏着一套复杂而精密的运算机制。理解这套机制的基石，便是掌握数字逻辑和计算机组成原理。本书正是一次深入探索这些核心概念的旅程，旨在揭示计算机如何从最基础的二进制比特出发，一步步构建起如今强大的处理能力和复杂的功能。 本书并非对现有经典教材的简单罗列或复述，而是以一种全新的视角，将抽象的概念具象化，将枯燥的原理生动化，力求为读者提供一个清晰、连贯且充满启发性的学习体验。我们相信，对计算机底层原理的深刻理解，不仅能帮助工程师们更好地设计和优化系统，更能赋能所有对技术充满好奇的读者，让他们洞察数字世界的运作奥秘，从而在未来的科技浪潮中占据先机。 第一部分：数字逻辑的基石——构建智能的语言 万物皆可比特。计算机的根基在于对二进制数字0和1的运算，这便是数字逻辑的魅力所在。本书的第一部分将带领你穿越数字逻辑的迷宫，从最简单的逻辑门出发，逐步构建起复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。 01. 二进制世界与逻辑门： 我们将从二进制数系的原理讲起，解释为何计算机只使用0和1。接着，深入浅出地介绍最基本的逻辑门——AND、OR、NOT，以及它们的组合，如NAND、NOR、XOR。通过生动的图示和简单的算术例子，你会直观地理解这些逻辑门如何执行基本的逻辑运算，它们是构成所有数字电路的“乐高积木”。 02. 布尔代数与逻辑化简： 为了高效地设计和分析逻辑电路，我们需要一套数学工具——布尔代数。我们将系统地介绍布尔代数的公理、定理和基本运算规则，并学习如何运用这些工具对复杂的逻辑表达式进行化简。卡诺图（Karnaugh Map）和卡尔达诺表（Quine-McCluskey Algorithm）等化简方法将被详细讲解，让你掌握优化电路设计，减少硬件资源的技巧。 03. 组合逻辑电路：运算的核心： 了解了逻辑门和布尔代数，我们就可以开始搭建更复杂的组合逻辑电路。本书将重点介绍几种关键的组合逻辑电路，包括编码器（Encoder）、解码器（Decoder）、多路选择器（Multiplexer）和数据分配器（Demultiplexer）。你会学习到它们的工作原理，以及如何在实际中应用它们来实现数据的选择、转换和传输。加法器（Adder）和减法器（Subtractor）等算术电路也将被深入剖析，让你理解计算机如何进行基本的数学计算。 04. 时序逻辑电路：记忆的魔法： 计算机并非只会做一次性的运算，它还需要“记忆”和“状态”。这便是时序逻辑电路的功劳。我们将从最基本的触发器（Flip-flop），如SR触发器、JK触发器、D触发器和T触发器开始，理解它们如何存储单个比特的信息。在此基础上，我们将引入寄存器（Register）和移位寄存器（Shift Register），它们能够存储多个比特，并实现数据的移动和处理。 05. 状态机：序列运算的蓝图： 无论是控制器的运行，还是指令的执行，都离不开状态机的概念。本书将详细讲解有限状态机（Finite State Machine, FSM）的设计，包括米利型（Mealy Machine）和摩尔型（Moore Machine）的差异与应用。你将学会如何根据问题需求，抽象出状态，设计状态转移图，并将其转化为实际的时序逻辑电路。 第二部分：计算机组成原理——架构的灵魂与运作的脉络 数字逻辑为我们提供了构建电路的基础，而计算机组成原理则将这些电路整合起来，构建出我们今天所熟知的计算机架构。本书的第二部分将带领你揭开计算机的神秘面纱，从最底层的硬件设计到复杂的指令执行流程，让你全面理解计算机的“大脑”和“身体”是如何协同工作的。 06. 指令集体系结构（ISA）：计算机的语言： 任何计算机都遵循一套指令集体系结构（Instruction Set Architecture, ISA），这是软件与硬件之间的接口。我们将介绍不同的ISA类别，如精简指令集计算机（RISC）和复杂指令集计算机（CISC）的特点和权衡。你将学习到指令的格式、寻址方式、数据类型以及各种基本指令（如加载、存储、算术、逻辑、跳转指令）的功能。理解ISA是掌握程序如何被计算机执行的第一步。 07. 数据通路与控制器：硬件的协作： 计算机的执行过程可以看作是数据在数据通路（Datapath）中的流动，并由控制器（Control Unit）指挥。我们将详细分析一个典型的CPU数据通路，包括程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、通用寄存器堆、算术逻辑单元（ALU）、存储器单元以及各种数据缓冲器和多路选择器。接着，我们将重点讲解控制器的设计，包括硬连线控制器和微程序控制器的原理，它们负责生成控制信号，协调数据通路的各项操作。 08. 流水线技术：提升性能的秘诀： 为了提高CPU的执行效率，流水线技术（Pipelining）被广泛采用。本书将深入剖析指令执行的流水线阶段，如取指令（Fetch）、指令译码（Decode）、执行（Execute）、访存（Memory Access）和写回（Write Back）。我们会探讨流水线带来的好处，如吞吐量（Throughput）的提升，同时也会分析可能出现的冲突（Hazards），如结构冲突、数据冲突和控制冲突，并介绍解决这些冲突的各种方法，如转发（Forwarding）和分支预测（Branch Prediction）。 09. 存储器系统：数据的归宿： 计算机的运行离不开存储器。我们将从最底层的存储单元——SRAM和DRAM的原理讲起，解释它们的读写操作和基本结构。接着，我们将重点介绍存储器层次结构（Memory Hierarchy），包括寄存器、高速缓存（Cache Memory）、主存储器（Main Memory）和辅助存储器（Secondary Storage）。你将学习到缓存的原理，如局部性原理、映射方式（直接映射、全关联映射、组相联映射）、写策略（写回、写通）和替换策略（LRU、FIFO），理解缓存如何有效缓解CPU与主存储器之间的速度差异。 10. 输入输出（I/O）系统：连接世界： 计算机并非孤立存在，它需要与外部世界进行交互。我们将介绍各种输入输出设备的工作原理，以及CPU如何与这些设备进行通信。这包括程序控制I/O、中断驱动I/O和直接存储器访问（DMA）。你将了解I/O接口的工作方式，以及如何通过中断和DMA机制实现高效的数据传输，减轻CPU的负担。 11. 中断与异常处理：应对突发状况： 在计算机运行过程中，不可避免地会遇到各种中断（Interrupt）和异常（Exception）。我们将详细讲解中断的产生机制，中断向量表的作用，以及CPU如何响应中断并执行中断服务程序（ISR）。异常处理机制也将被深入介绍，包括不同类型的异常（如非法指令、除零错误）以及CPU如何进行处理，保证系统的稳定运行。 12. 并行处理与多核架构：驱动计算的未来： 随着摩尔定律的继续，通过提高单核性能的难度越来越大，并行处理和多核架构成为现代计算的主流。我们将探讨不同类型的并行性，如指令级并行（ILP）和线程级并行（TLP）。多核CPU的设计理念、多核处理器之间的通信和同步机制也将被初步介绍，让你对未来计算的发展方向有所预见。 本书的特色与价值： 理论与实践的深度融合： 本书不仅仅停留在理论层面，而是通过大量的实例、图示和流程图，将抽象的概念具象化，让你能够清晰地理解每一个环节的工作原理。 循序渐进的学习路径： 从最基本的比特和逻辑门，逐步构建起复杂的CPU架构，本书提供了清晰的学习路径，即使是初学者也能逐步掌握核心知识。 启发式思维的培养： 我们鼓励读者在学习过程中不断思考“为什么”和“怎么样”，培养独立分析和解决问题的能力，为未来的学习和工作打下坚实基础。 前瞻性的技术视野： 在介绍经典原理的同时，本书也触及了现代计算机体系结构中的一些前沿概念，如并行处理和多核架构，为你提供一个更广阔的技术视野。 无论你是计算机科学专业的学生，还是希望深入了解计算机底层运作的科技爱好者，亦或是希望提升自身技术功底的从业者，《数字逻辑与计算机组成原理：从比特到架构的飞跃》都将是你不可多得的良师益友。通过本书的学习，你将不仅能够理解“计算”是如何发生的，更能激发你对创造和创新无限可能性的探索。

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这本书对编程范式的讲解，简直是教科书级别的典范，我之前读过的几本相关书籍，在处理面向对象和函数式编程的哲学差异时，往往显得力不从心，要么过于侧重语法，要么过于空泛抽象。然而，这本教材却独辟蹊径，它用一系列精心设计的对比案例，将两种范式在处理并发、状态管理等核心问题时的优势与局限性展现得淋漓尽致。特别是它引入的“思维模型转换”章节，简直是醍醐灌顶，让我深刻体会到，编程语言只是工具，真正的能力在于我们如何运用不同的思维框架去驾驭这些工具。我发现，很多我在实际项目中遇到的困惑，比如代码的耦合性过高、调试难度大等问题，在理解了书中关于“纯函数与副作用分离”的深刻论述后，都找到了清晰的破局之道。它不是在教你写代码，它是在重塑你对“计算”这件事的根本认知，这价值远超一门课程的本身。

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我最欣赏这本书的一点是，它始终保持着一种面向未来的视野，即便在介绍经典理论时，也能敏锐地捕捉到其与当前新兴技术（比如人工智能的硬件加速、量子计算的理论基础等）之间的关联性。它做到了“立足经典，展望前沿”，避免了成为一本“过时”的技术手册。书中的案例代码虽然是基于成熟的范例，但其设计思想却极具前瞻性，让人在学习之余，还能思考这些基础知识在未来十年、二十年后将如何演化。此外，作者在引用其他研究成果时的严谨态度也令人印象深刻，注释和参考文献部分详实而专业，这让这本书不仅仅是一本教材，更像是一份可靠的研究参考资料。它鼓励的不是死记硬背，而是批判性思维和持续学习的热情，让我感觉自己手中的不仅仅是一本书，而是一把通往更广阔技术世界的钥匙。

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当我开始深入阅读这本书的内容时，我发现作者在构建知识体系的逻辑性上达到了一个近乎苛刻的完美标准。它不是简单地堆砌知识点，而是像一位高明的建筑师，一步步引导读者从最基础的公理和定义出发，层层递进，最终构建起一座坚固而宏伟的计算机科学大厦。我尤其佩服它对“为什么”的探讨，很多教材只是告诉你“怎么做”，而这本书却花费了大量笔墨去追溯技术背后的思想根源和历史背景，这种深度挖掘使得我们对当前技术范式的理解不再停留在表面操作层面，而是触及到了更本质的原理。例如，在介绍数据结构与算法时，它并没有直接抛出最优解，而是先展示了低效方案的痛点，再逐步优化，这种带着“解决问题”的真实体验，极大地增强了学习的代入感和记忆的持久性。对我这种偏爱刨根问底的读者来说，这种行文方式简直是福音，它满足了我对知识体系完整性和严谨性的终极追求。

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坦率地说，这本书的难度曲线设置得非常陡峭，它绝不是那种能在睡前轻松阅读的“快餐读物”。在某些涉及底层系统设计和编译原理的部分，我不得不反复阅读好几遍，甚至需要查阅大量的外部资料才能勉强跟上作者的思路。这种挑战性是双刃剑：一方面，它让人感到沮丧，有时会怀疑自己是否真的有能力掌握这些深奥的知识；但另一方面，正是这种难度，带来了巨大的成就感。每攻克一个难点，都感觉自己的知识边界被强行推开了一截。作者在处理复杂数学推导时，并没有选择“跳过”或“简化”，而是详尽地展示了每一步的逻辑链条，这体现了一种对读者智力的尊重。如果说市面上的很多教材是引导我们做题，那么这本书更像是邀请我们去进行一场智力上的“攀登”，它需要的是耐心、毅力和持续的脑力投入，绝非三分钟热度可以企及。

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这本书的排版和装帧设计实在是令人眼前一亮，那种沉稳又不失现代感的风格，让人一拿到手就忍不住想翻开细读。尤其是在字体选择上，它似乎花了大心思，既保证了阅读时的舒适度，又在细节处流露出一种对知识的敬畏感。装帧的材质摸起来很有质感，即便是经常翻阅，也不容易出现磨损的痕迹，看得出出版社在制作上确实下了番功夫。我特别欣赏的是它对插图和图表的处理方式，那些复杂的概念通过精美的视觉呈现，一下子变得清晰明了，远比枯燥的文字描述来得直观有效。比如，在讲解某些算法的演进脉络时，那种时间轴的设计，简直就是艺术品级别的，让人在学习技术的同时，也能享受到一种审美的愉悦。不过，如果非要说有什么可以改进的地方，我希望某些章节的留白能再多一点，毕竟涉及到深度思考的内容时，眼睛需要适时的休息。总体而言，这本书的“外在美”已经为它赢得了先机，让人心甘情愿地沉浸在它的内容之中。

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挺基础的...但是有些地方篇幅过少，没有讲清楚......

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挺基础的...但是有些地方篇幅过少，没有讲清楚......

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挺基础的...但是有些地方篇幅过少，没有讲清楚......

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入门经典，自学神器，看过这个再看大绿本就不是事了。

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