具體描述
內容簡介
?本書以通用計算機為綫索，由淺入深地講解瞭邏輯設計、數字係統設計和計算機設計。其中，第1~4章為邏輯設計，包括數字係統與信息、硬件描述語言和組閤邏輯電路、組閤邏輯設計以及時序電路；第5~7章為數字係統設計，包括數字硬件實現技術、測試與驗證對設計成本的影響、寄存器與寄存器傳輸以及存儲器基礎；第8~12章為計算機設計，包括計算機設計基礎、指令集結構、RISC與CISC中央處理器、輸入輸齣與通道，以及存儲係統。書中附有60多個主要來自現代日常生活中産品設計的真實例子和問題，可以激發讀者的學習興趣。本書強調硬件描述語言在教學中的重要性，不僅可以作為計算機科學、計算機工程、電子技術、機電一體化等專業學生學習硬件的一本教材，也可以作為弱電類工程師和計算機科學工作者的理想參考書籍。
目錄
LogicandComputerDesignFundamentals
齣版者的話
譯者序
前言
第1章數字係統與信息1
1.1信息錶示2
1.1.1數字計算機3
1.1.2其他計算機4
1.1.3通用計算機的進一步說明7
1.2計算機係統設計的抽象層次8
1.3數製10
1.3.1二進製11
1.3.2八進製與十六進製12
1.3.3數字範圍13
1.4算術運算14
1.5十進製編碼17
1.6字符編碼18
1.6.1ASCII字符編碼18
1.6.2校驗位21
1.7格雷碼22
1.8本章小結23
參考文獻24
習題24
第2章組閤邏輯電路27
2.1二值邏輯和邏輯門27
2.1.1二值邏輯28
2.1.2邏輯門29
2.1.3用硬件描述語言錶示邏輯門32
2.2布爾代數33
2.2.1布爾代數的基本恒等式34
2.2.2代數運算36
2.2.3反函數38
2.3標準形式39
2.3.1最小項和最大項39
2.3.2積之和42
2.3.3和之積43
2.4兩級電路的優化43
2.4.1成本標準44
2.4.2卡諾圖結構45
2.4.3二變量卡諾圖47
2.4.4三變量卡諾圖48
2.5卡諾圖的化簡50
2.5.1質主蘊涵項50
2.5.2非質主蘊涵項51
2.5.3和之積優化52
2.5.4無關最小項53
2.6異或操作和異或門55
2.7門的傳播延遲56
2.8硬件描述語言簡介58
2.9硬件描述語言—VHDL60
2.10硬件描述語言—Verilog67
2.11本章小結72
參考文獻72
習題72
第3章組閤邏輯電路的設計79
3.1開始分層設計79
3.2工藝映射82
3.3組閤功能模塊85
3.4基本邏輯函數85
3.4.1定值、傳遞和取反85
3.4.2多位函數86
3.4.3使能87
3.5譯碼89
3.5.1譯碼器和使能結閤92
3.5.2基於譯碼器的組閤電路95
3.6編碼96
3.6.1優先編碼器96
3.6.2編碼器的擴展98
3.7選擇98
3.7.1多路復用器98
3.7.2基於多路復用器的組閤電路105
3.8迭代組閤電路109
3.9二進製加法器110
3.9.1半加器110
3.9.2全加器110
3.9.3二進製行波進位加法器111
3.10二進製減法112
3.10.1補碼114
3.10.2采用補碼的二進製減法115
3.11二進製加減法器115
3.11.1有符號的二進製數116
3.11.2有符號二進製數的加法與減法118
3.11.3溢齣119
3.11.4加法器的HDL模型121
3.11.5行為描述122
3.12其他的算術功能模塊124
3.12.1壓縮125
3.12.2遞增126
3.12.3遞減127
3.12.4常數乘法127
3.12.5常數除法127
3.12.6零填充與符號擴展127
3.13本章小結128
參考文獻129
習題129
第4章時序電路138
4.1時序電路的定義138
4.2鎖存器140
4.2.1SR和SR鎖存器140
4.2.2D鎖存器143
4.3觸發器143
4.3.1邊沿觸發式觸發器144
4.3.2標準圖形符號145
4.3.3直接輸入147
4.4時序電路分析148
4.4.1輸入方程148
4.4.2狀態錶148
4.4.3狀態圖150
4.4.4時序電路模擬152
4.5時序電路設計153
4.5.1設計步驟154
4.5.2構建狀態圖和狀態錶154
4.5.3狀態賦值160
4.5.4使用D觸發器的設計161
4.5.5無效狀態的設計162
4.5.6驗證164
4.6狀態機圖及其應用166
4.6.1狀態機圖模型167
4.6.2對輸入條件的約束168
4.6.3使用狀態機圖的設計應用170
4.7時序電路的HDL描述—VHDL177
4.8時序電路的HDL描述—Verilog184
4.9觸發器定時191
4.10時序電路定時192
4.11異步交互194
4.12同步和亞穩態195
4.13同步電路陷阱198
本章小結199
參考文獻200
習題200
第5章數字硬件實現210
5.1設計空間210
5.1.1集成電路210
5.1.2CMOS電路工藝211
5.1.3工藝參數213
5.2可編程實現技術215
5.2.1隻讀存儲器216
5.2.2可編程邏輯陣列217
5.2.3可編程陣列邏輯器件219
5.2.4現場可編程門陣列221
5.3本章小結224
參考文獻224
習題225
第6章寄存器與寄存器傳輸227
6.1寄存器與加載使能227
6.2寄存器傳輸230
6.3寄存器傳輸操作231
6.4VHDL和Verilog中的寄存器傳輸233
6.5微操作233
6.5.1算術微操作234
6.5.2邏輯微操作235
6.5.3移位微操作236
6.6對單個寄存器的微操作237
6.6.1基於多路復用器的傳輸237
6.6.2移位寄存器239
6.6.3行波計數器242
6.6.4同步二進製計數器244
6.6.5其他類型計數器247
6.7寄存器單元設計249
6.8基於多路復用器和總綫的多寄存器傳輸253
6.8.1高阻態輸齣254
6.8.2三態總綫255
6.9串行傳輸及其微操作256
6.10寄存器傳輸控製259
6.11移位寄存器和計數器的HDL描述—VHDL272
6.12移位寄存器和計數器的HDL描述—Verilog273
6.13微程序控製275
6.14本章小結276
參考文獻276
習題277
第7章存儲器基礎283
7.1存儲器定義283
7.2隨機訪問存儲器283
7.2.1讀寫操作284
7.2.2定時波形285
7.2.3存儲器特徵286
7.3SRAM集成電路287
7.4SRAM芯片陣列292
7.5DRAM芯片294
7.5.1DRAM單元294
7.5.2DRAM位片296
7.6DRAM分類29
前言/序言
前言LogicandComputerDesignFundamentals本書的目的是為廣大讀者提供學習邏輯設計、數字係統設計和計算機設計的基礎知識。本書第5版突齣瞭課程內容方麵的最新發展。從1997年的第1版開始，作者就不斷對其進行修改，提供一種獨一無二的將邏輯設計與計算機設計原理結閤在一起的方法，並特彆強調硬件。過去幾年，教材一直緊跟行業的發展趨勢，新增加瞭一些內容（如硬件描述語言），刪除或者弱化瞭某些不太重要的內容，修改瞭某些內容以反映計算機技術和計算機輔助設計所發生的變化。
新版的變化第5版反映瞭相關技術與設計實踐方麵的一些變化，與過去相比，要求計算機係統設計者在一個更高的層次上進行設計抽象並管理更大範圍的復雜性問題。在不同抽象層次進行邏輯、數字係統和計算機設計所涉及的內容已經不能同日而語，本書新版的目的就是要在計算機係統設計特彆是在邏輯層次上更為有效地彌補現在的教學狀況與工業實現之間的鴻溝。同時，新版仍然保持著過去的章節組織，方便教師針對電氣與計算機工程和計算機科學專業的學生根據需要選講部分內容。新版的變化包括：
第1章的更新包括對計算機係統抽象層次的討論，以及它們的作用，還簡要介紹瞭數字設計的過程。為加強國際化，第1章還有一些關於字符編碼的新內容。
本書在第2章就開始介紹硬件描述語言（HDL），比以前的版本更早。對於涉及組閤和時序邏輯設計的章節，都會給齣電路的HDL描述以及邏輯框圖與狀態圖，從而錶明在當代數字係統設計實踐中HDL變得日益重要。關於傳播延遲（數字係統基本的一階設計約束）的內容已經移到瞭第2章。
第3章結閤原來第3章中有關功能模塊的內容和原來第4章中有關算術電路模塊的內容，展現一組常見的組閤邏輯功能模塊，這些功能模塊的HDL模型在本章隨處可見。第3章介紹分層設計的概念。
時序電路齣現在第4章。這一章包括原來第5章中對設計過程的描述和原來第6章中的時序電路定時、輸入同步和亞穩態的相關知識。有關JK觸發器和T觸發器的描述放到瞭教材的配套網站上。
第5章討論一些與數字硬件實現相關的話題，包括互補金屬氧化物（CMOS）門和可編程邏輯的設計。除包含原來第6章中的大部分內容外，現在的第5章還簡要地介紹瞭測試與驗證對設計成本的影響。由於使用本教材的很多課程都用現場可編程門陣列（FPGA）來進行實驗練習，所以我們對FPGA的敘述進行瞭擴充，通過一個簡單的、基本的FPGA結構來講解許多商用FPGA係列中都會齣現的基本可編程元器件。
剩下的章節（包括計算機設計在內）已經進行瞭更新，以便反映從上一個版本以來齣現的最新變化。重要的更新包括將高阻緩衝器從原來的第2章移動到6.8節中，以及在第9章增加瞭如何在高級語言中用過程調用和返迴來實現函數調用的相關討論。
除瞭提供完整的數字和計算機設計內容之外，第5版還特彆強調現代設計的基本原理。從簡單的組閤邏輯應用到在RISC核上構建CISC結構，多個例子的清晰解釋和漸進式的設計過程可以詮釋書中內容。完整的傳統內容包括計算機輔助設計、問題形式化、解決方案驗證，以及綜閤能力培養，而靈活性則體現在可選的邏輯設計、數字係統設計和計算機設計，以及硬件描述語言的相關內容中（不選、選用VHDL或選用Verilog）。
經過這次修訂，本書第1～4章講解邏輯設計，第5～7章討論數字係統設計，第8～12章重點介紹計算機設計。這樣的安排可以逐漸地、自底嚮上地完成各種函數設計，並將其應用到後續章節自頂嚮下的計算機設計中，為讀者提供牢固的數字係統設計基礎。下麵是各章相關內容的概括。
邏輯設計第1章介紹數字計算機、計算機係統抽象層次、嵌入式係統，以及包括數製、算術運算和編碼在內的信息錶示。
第2章研究門電路和它們的類型，以及設計和成本優化的基本方法。概念包括布爾代數、代數優化和卡諾圖優化、傳播延遲，以及在VHDL和Verilog中使用結構和數據流模型錶示的門級硬件描述語言模型。
第3章從一個現代邏輯設計過程的概述開始，設計過程的詳細步驟包括問題形式化、邏輯優化、用與非門和或非門進行工藝映射，組閤邏輯設計的實例中還包括驗證。另外，這一章還包括函數和構建組閤設計模塊，包括使能和輸入定值、譯碼、編碼、代碼轉換、選擇、分配、加法、減法、遞增、遞減、填充、擴展和移位以及它們的實現。本章還包括許多邏輯模塊的VHDL和Verilog模型。
第4章包括時序電路分析和設計。討論瞭鎖存器和邊沿觸發式觸發器，並著重講解瞭D觸發器。本章的重點是狀態機圖和狀態錶的形式化錶示。時序電路完整的設計過程包括規格說明、形式化、狀態分配、觸發器輸入和輸齣方程確定、優化、工藝映射以及驗證。時序電路通常都太復雜，不能用傳統的狀態圖來錶示，但可以用狀態機圖模型來錶示，這一章通過現實世界的兩個例子來闡述和說明這一觀點。這一章包括用VHDL和Verilog來描述觸發器和時序電路，介紹瞭VHDL和Verilog程序行為的語言結構以及用於驗證的測試程序。本章最後介紹瞭時序電路的
譯者序LogicandComputerDesignFundamentals如今我們生活在信息時代。試想，如果沒有瞭網絡、計算機、手機和電視，世界會變得怎樣？答案一定是世界將變得暗淡無光，甚至是悲慘的！數字電路與計算機技術作為其他技術的重要基礎之一，成就瞭當今人們高效有序、豐富多彩的工作與生活。從發明晶體管和集成電路到現在，數字電路和數字係統設計技術已經紅紅火火地走過瞭半個世紀，計算機技術更是在最近三十多年跳躍式地發展。人們對未來充滿著更多美好的期望，數字電路與計算機必將承載著這一切嚮更廣範圍、更高水準延伸與發展。
從1997年至今，本書英文版已經發行瞭5個版本，均受到瞭讀者的廣泛好評。除瞭為讀者提供學習邏輯設計、數字係統設計和計算機設計的基礎知識之外，第5版還包含相關研究領域和行業的最新發展情況。與過去相比，現代工業實踐要求計算機係統設計者在一個更高的層次上進行設計抽象並管理更大範圍的復雜性問題。在不同抽象層次進行邏輯、數字係統和計算機設計所涉及的內容已經不能同日而語，本書新版更為有效地彌補瞭計算機係統設計（特彆是在邏輯層次上）的教學狀況與工業實現之間的鴻溝。
本書以通用計算機為綫索，由淺入深地講解瞭邏輯設計、數字係統設計和計算機設計。其中，第1～4章為邏輯設計，包括數字係統與信息、硬件描述語言和組閤邏輯電路、組閤邏輯設計、時序電路；第5～7章為數字係統設計，包括數字硬件實現技術、寄存器與寄存器傳輸以及存儲器基礎，在第5章還增加瞭測試與驗證對設計成本的影響；第8～12章為計算機設計，包括計算機設計基礎、指令集結構、RISC與CISC中央處理器、輸入/輸齣與通道以及存儲係統，所有內容都進行瞭更新，以反映最新的變化。書中附有60多個主要來自現代日常生活的産品設計的真實例子和問題，可以激發讀者的學習興趣。配套網站（www.pearsonhighered.com/mano）提供瞭大量的輔助信息，包括教師手冊、補充讀物、所有例子的VHDL和Verilog源文件、有關工具及網站的鏈接和習題解答等。從其編排可以清楚地看齣，本書不僅可以作為計算機科學、計算機工程、電子技術、機電一體化等專業學生學習硬件的一本教材，也可以作為弱電類工程師和計算機科學工作者的理想參考書籍。
本書第1、2、4、5章由鄺繼順翻譯，第6、7、11、12章由尤誌強翻譯，第8、9、10章由淩純清翻譯，蔡曉敏翻譯瞭第3章，張明和與潘波參與瞭翻譯工作，鄺繼順對全部譯文進行瞭審校與潤色。感謝袁曉坊、何海珍、王偉徵、周穎波、張玲、袁文澹、劉鐵橋在第4版的翻譯中做的工作。由於譯者水平有限，譯文中疏漏和錯誤在所難免，歡迎廣大讀者批評指正。
譯者
用戶評價
這本書，讓我徹底顛覆瞭對“邏輯”和“計算機”這兩個詞的刻闆印象。以往，我總覺得邏輯是那些枯燥晦澀的哲學或者數學理論，而計算機似乎就是一堆冰冷的硬件和運行代碼的集閤。但《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》以一種極其引人入勝的方式，將這兩者緊密地聯係在瞭一起，並揭示瞭它們之間深刻而優雅的相互依存關係。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一次思維的探險，帶領我深入到計算機最核心的運作原理之中。 從第一個章節開始，作者就以一種非常直觀的方式，闡述瞭邏輯門是如何構建起最基本的計算單元的。我清晰地記得，書中對AND、OR、NOT等基本邏輯門的介紹，並非生硬地羅列定義，而是通過各種生動的比喻和圖形化的展示，讓我仿佛置身於一個微觀的電子世界。那種“豁然開朗”的感覺，是學習很多其他技術書籍時難以體會到的。我開始理解，那些我們每天習以為常的計算機操作，背後竟然是如此精妙的邏輯組閤。 隨著閱讀的深入，書中的內容從基本的邏輯門擴展到瞭更復雜的組閤邏輯和時序邏輯電路。我被書中對全加器、寄存器、計數器等核心部件的講解所深深吸引。作者並非簡單地給齣電路圖，而是詳細地分析瞭它們的設計思路、工作原理以及在實際係統中的應用。我開始嘗試著去“構建”自己的虛擬電路，雖然隻是在腦海中，但那種創造和理解的過程，讓我感到無比的興奮。 特彆是關於時序邏輯的部分，它讓我明白瞭計算機為何能夠“記住”信息，為何能夠按照預設的指令順序執行任務。JK觸發器、D觸發器等概念，在書中的圖文並茂的講解下，變得不再那麼難以理解。我甚至開始嘗試著自己去設計一個簡單的狀態機，來模擬一個簡單的控製流程。這種將抽象理論轉化為具體設計的體驗，是這本書最寶貴的地方之一。 書中對硬件描述語言（HDL）的介紹，更是為我打開瞭另一扇門。VHDL和Verilog這些語言，在最初看來可能有些陌生，但通過書中提供的清晰示例和逐步深入的講解，我逐漸掌握瞭用代碼來描述和設計數字電路的方法。這種“代碼即電路”的理念，極大地提高瞭設計的效率和靈活性，也讓我對現代計算機設計有瞭更深層次的認識。 更令我印象深刻的是，這本書並沒有止步於純粹的硬件設計。它還巧妙地將微處理器體係結構、指令集設計等概念融入其中。我開始理解，為何不同的計算機會有不同的指令集，為何它們在性能和功耗上會有差異。書中對流水綫、緩存等技術的設計思路和優劣分析，讓我對計算機的性能優化有瞭更清晰的認識。 讀完這本書，我感覺自己對計算機的理解，已經從一個“使用者”升級到瞭一個“設計者”的視角。我不再僅僅滿足於使用軟件，而是開始好奇軟件背後運行的硬件是如何工作的，又是如何被設計齣來的。這種好奇心的激發，無疑是這本書最大的成功之處。 這本書的邏輯嚴謹，條理清晰，每個概念的提齣都有其鋪墊和理由，不會讓人感到突兀。即使是對於一些復雜的概念，作者也總是能用通俗易懂的語言和形象的比喻來解釋，使得學習過程更加順暢。我認為，這本書不僅適閤計算機科學和電子工程專業的學生，也同樣適閤任何對計算機底層原理感興趣的讀者。 我尤其喜歡書中提供的那些思考題和習題，它們鼓勵我去動手實踐，去驗證我所學到的知識。有時候，為瞭解決一個習題，我會花上好幾個小時去推敲，去畫圖，去模擬。但當最終找到答案的那一刻，那種成就感是無與倫比的。這種學習方式，比單純地閱讀書本要有效得多。 總而言之，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》是一本值得反復閱讀的經典之作。它以其深刻的洞察力、嚴謹的邏輯、豐富的示例和富有啓發性的講解，為我打開瞭通往計算機世界核心的大門。我強烈推薦這本書給所有想要深入理解計算機科學和電子工程領域的朋友們。
評分在閱讀《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》的過程中，我最大的驚喜之一便是它在邏輯嚴謹性方麵所達到的高度。這本書並非隻是簡單地介紹技術知識，而是通過一種極其嚴謹的邏輯推理過程，將所有概念串聯起來，讓讀者在理解每一個新知識點時，都能看到它與之前知識的必然聯係。 從最基礎的布爾代數和邏輯門開始，作者就奠定瞭一個堅實的數學基礎。每一個邏輯運算，都有明確的定義和公理。然後，這些基本的邏輯門被組閤成更復雜的組閤邏輯電路，而每一個組閤邏輯的設計，都遵循著明確的設計原則和化簡方法，比如真值錶和卡諾圖的應用，都提供瞭係統性的方法來確保設計的正確性和效率。 在進入時序邏輯時，作者引入瞭“時鍾”和“狀態”的概念，並通過對觸發器（Flip-flop）的深入分析，展示瞭如何構建具有記憶功能的電路。每一個觸發器的設計，都遵循著嚴格的時序約束，確保在正確的時間完成狀態的改變。 當引入微處理器體係結構時，這種嚴謹性更是體現得淋灕盡緻。指令集架構（ISA）的定義，本身就是一種高度形式化的語言，它明確規定瞭CPU能夠識彆和執行的所有指令。每一個指令的編碼、譯碼和執行過程，都經過瞭嚴謹的設計和分析。 書中對CPU的流水綫設計，讓我看到瞭如何通過精密的調度和控製，實現指令的並行執行。每一個流水綫階段的工作，都必須與前後的階段保持同步，並且能夠有效地處理數據依賴和控製依賴等問題。這需要極其精細的邏輯設計和分析。 硬件描述語言（HDL）的部分，更是將邏輯嚴謹性提升到瞭代碼層麵。VHDL和Verilog的語法規則非常嚴格，每一個語句都必須符閤語法規範，纔能被EDA工具正確地解析和綜閤。作者通過大量的示例，展示瞭如何用HDL來精確地描述邏輯電路的功能，並確保設計的正確性。 更讓我欽佩的是，作者在解釋某些復雜概念時，總是會先給齣其數學模型或者邏輯推導過程。例如，在分析時序邏輯電路的穩定性時，作者會通過數學公式來證明其正確性。這種基於數學和邏輯的嚴謹性，讓我對書中所介紹的知識，充滿瞭信任。 我發現，當我遇到一個難以理解的概念時，隻要我迴溯到它最初的邏輯起點，往往就能找到理解的關鍵。這種“追根溯源”的能力，正是這本書嚴謹的邏輯結構所賦予我的。 總而言之，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》是一本極其嚴謹的著作。它以其卓越的邏輯組織和嚴密的推理，為我提供瞭一個紮實可靠的計算機設計知識體係。我在這本書中獲得的，不僅僅是知識，更是一種對邏輯思考和嚴謹求證的學習態度。
評分這本書的語言風格，可以說是我見過所有技術書籍中最獨特也是最吸引我的。它不像其他一些教科書那樣，動輒就引用大量的學術術語，讓人望而卻步。相反，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》的作者似乎非常善於運用一種“對話式”的寫作方式，仿佛在和讀者進行一次深入的交流。 我記得在講解某些復雜邏輯電路的工作原理時，作者會時不時地拋齣一些“設想”，比如“如果我們把這裏的信號反轉一下會怎麼樣？”，“如果這個開關斷開，整個電路還能正常工作嗎？”。這種提問式的引入，極大地激發瞭我的思考，讓我主動去探索和理解。我不再是被動地接受知識，而是積極地參與到知識的構建過程中。 而且，作者在描述一些抽象概念時，會大量使用生活中的類比。比如，在解釋組閤邏輯時，他會用開關和燈泡的組閤來類比，生動形象地展示瞭輸入和輸齣之間的邏輯關係。在講解時序邏輯時，他又會用沙漏或者水龍頭來比喻時鍾信號的作用，讓我瞬間就抓住瞭其核心思想。這種貼近生活的類比，讓原本晦澀難懂的技術概念變得栩栩如生。 書中的圖示設計也同樣功不可沒。我很少看到有哪本書的圖能夠如此清晰、準確地錶達齣復雜的電路結構和信號流嚮。每一條導綫，每一個元器件，都標注得一清二楚。而且，作者還會在圖旁邊配上詳細的文字說明，解釋每一個部分的含義和作用。這種圖文並茂的設計，大大降低瞭閱讀的難度。 更值得稱贊的是，作者在敘述過程中，非常注重邏輯的連貫性。他不會突然跳躍到下一個話題，而是會循序漸進地引導讀者。每一個章節，甚至每一個小節，都是前一部分知識的自然延伸。這種結構化的寫作方式，讓我能夠輕鬆地把握整體脈絡，不容易迷失在細節之中。 我尤其喜歡書中在講解一個新概念時，會先簡要迴顧相關的舊知識，然後在此基礎上引申齣新內容。這種“溫故而知新”的學習方式，讓我能夠更好地鞏固已有的知識，並將其與新知識融會貫通。 此外，作者的文字功底也相當不錯。語言錶達精準，但又不失生動有趣。他會適時地穿插一些幽默的元素，讓閱讀過程不那麼枯燥。我甚至發現，自己在閱讀這本書時，會不自覺地微笑起來，這在以往的學習經曆中是極其罕見的。 這本書給我的感覺，就像是在和一位經驗豐富、循循善誘的老師在進行一對一的教學。他不僅教授我知識，更教會我如何去思考，如何去理解。這種教學方式，讓我在輕鬆愉快的氛圍中，掌握瞭紮實的計算機設計基礎。 總而言之，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》的語言風格和敘述方式，是我閱讀過的所有技術書籍中最具特色和最有效的。它成功地將復雜的技術內容，以一種易於理解、引人入勝的方式呈現給讀者，讓我不僅學到瞭知識，更享受瞭學習的過程。
評分在我閱讀《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》的過程中，有一個讓我尤為受益的部分，那就是書中對“設計過程”的強調。這本書並非僅僅是羅列各種概念和技術，而是將它們融入到一個完整的、有條理的設計流程之中。 首先，作者在引入每個新概念時，都會先闡述其“為何存在”的必要性。例如，在介紹邏輯門時，他會說明為什麼我們需要這些基本的邏輯單元來構建計算能力；在介紹時序邏輯時，他又會解釋為什麼組閤邏輯不足以實現復雜的存儲和控製功能。這種對“問題驅動”的強調，讓我明白設計並非憑空産生，而是為瞭解決特定的問題。 其次，書中詳細講解瞭從需求分析到最終實現的設計步驟。即使是在講解非常基礎的邏輯電路設計時，作者也會引導讀者思考：我們要實現什麼樣的功能？輸入輸齣是什麼？有哪些約束條件？如何用邏輯門來實現？這種係統性的思考方式，貫穿瞭整本書。 我記得在學習組閤邏輯電路設計時，作者提供瞭非常清晰的步驟：首先，根據需求定義輸入輸齣信號；然後，列齣真值錶；接著，利用卡諾圖等工具進行邏輯化簡；最後，將化簡後的邏輯錶達式轉換成實際的邏輯門電路。這個過程，讓我體會到瞭設計中的嚴謹性和係統性。 在時序邏輯方麵，書中對狀態機的設計過程也講解得非常詳細。從狀態轉移圖的繪製，到狀態編碼的選擇，再到最終的電路實現，每一步都清晰可見。作者還強調瞭不同的狀態編碼方式可能帶來的不同硬件實現和性能影響，這讓我意識到，設計中的每一個選擇都會對最終結果産生影響。 硬件描述語言（HDL）的部分，更是將這種設計過程的概念推嚮瞭新的高度。書中展示瞭如何使用VHDL或Verilog來描述電路的功能，以及如何利用EDA工具（Electronic Design Automation）來進行仿真和綜閤。這種“軟件輔助硬件設計”的理念，讓我看到瞭現代計算機設計的高效性和自動化程度。 書中也觸及到瞭設計的優化問題。例如，在討論邏輯化簡時，作者解釋瞭為何要進行化簡，以及化簡後的電路在麵積、功耗和速度上的優勢。在講解流水綫時，他闡述瞭如何通過並行處理來提升CPU的吞吐量。這些內容都讓我意識到，設計並非僅僅是“能工作”就好，更需要考慮“如何做得更好”。 對我而言，這本書最大的價值在於，它不僅傳授瞭我技術知識，更培養瞭我一種“工程師思維”。它教會我如何分析問題，如何分解問題，如何係統地設計解決方案，以及如何去優化我的設計。這種思維方式，對於我今後的學習和工作，都將産生深遠的影響。 總而言之，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》不僅僅是一本教材，更是一本關於“如何設計”的指南。它通過展示一個完整的、循序漸進的設計流程，讓我深刻理解瞭計算機係統是如何被創造齣來的，以及在這個創造過程中所涉及的關鍵思考和方法。
評分在我接觸《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》之前，我一直以為編程和硬件設計是兩個截然不同的領域，前者是軟件工程師的範疇，後者則是硬件工程師的事情。然而，這本書徹底打破瞭我的這種刻闆印象，讓我看到瞭軟件和硬件之間韆絲萬縷的聯係，以及它們是如何相互作用、共同構建起我們今天所依賴的數字世界的。 書中從最基礎的邏輯門開始，逐步構建起復雜的數字電路，最終發展到微處理器。這個過程，本身就展示瞭硬件的“計算能力”是如何被創造齣來的。而當作者開始講解指令集架構（ISA）時，我就開始意識到，硬件的設計，其實也是在為軟件的運行“鋪路”。 指令集架構（ISA）就像是硬件為軟件提供的一套“指令菜單”。軟件工程師編寫的程序，最終會被編譯成一係列的ISA指令，然後由CPU來執行。這本書讓我明白，不同的ISA，意味著不同的指令集，也就意味著不同的編程方式和性能特點。例如，RISC（精簡指令集計算）和CISC（復雜指令集計算）的對比，讓我理解瞭指令集設計理念的差異，以及它們對軟件開發和硬件實現的影響。 書中對匯編語言的介紹，更是直觀地展示瞭程序是如何“變成”機器指令的。我看到瞭一些簡單的匯編代碼，以及它們是如何映射到CPU的微架構操作的。這種從高級語言到機器語言的轉換過程，讓我看到瞭軟件和硬件之間的“翻譯”過程。 更令我興奮的是，書中還討論瞭編譯器的工作原理。我知道，編譯器是將我們用高級語言（如C、C++）編寫的代碼，轉換成目標機器的匯編代碼或者機器碼。這本書讓我意識到，編譯器的設計，需要深入理解目標硬件的體係結構，纔能生成高效的機器碼。 書中對內存管理和緩存機製的講解，也讓我看到瞭硬件對軟件性能的直接影響。一個好的內存管理策略，可以有效地利用硬件資源，提高程序的運行效率。而緩存的工作原理，也解釋瞭為什麼有些程序會比其他程序運行得更快。 此外，書中對並行計算和多核處理器的介紹，也讓我看到瞭硬件如何支持更強大的計算能力。現代軟件越來越多地利用並行計算來提升性能，而這離不開硬件的支持。 最讓我感到新奇的是，這本書讓我開始思考，如何從硬件的角度去理解和優化軟件。例如，當我理解瞭CPU的流水綫和緩存機製後，我就可以在編寫程序時，更有針對性地去優化代碼，以充分利用硬件資源。 總而言之，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》這本書，打破瞭我對軟件和硬件的界限。它讓我深刻理解瞭兩者之間的緊密聯係，以及它們是如何相互協作，共同推動著計算機技術的發展。這本書不僅讓我學會瞭硬件設計的基礎，更培養瞭我一種“軟硬結閤”的思維方式，為我未來的學習和職業發展打下瞭堅實的基礎。
評分在閱讀《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》的過程中，我越來越意識到，計算機的性能並非一蹴而就，而是通過一係列精妙的優化和設計決策不斷堆疊而成的。這本書，讓我對“性能優化”這個概念有瞭全新的認識，它不再是軟件層麵的一些“調優技巧”，而是根植於硬件設計本身。 書中對組閤邏輯電路的講解，就已經開始觸及到性能的考量。作者會詳細分析不同邏輯門組閤方式對電路速度的影響，並且會通過卡諾圖等工具來化簡邏輯錶達式，從而減少門電路的數量，進而提升電路的響應速度。這讓我明白，即使是最基礎的邏輯設計，也需要考慮效率。 在時序邏輯部分，書中對觸發器和時鍾周期的講解，讓我理解瞭CPU的時鍾頻率是如何決定的。時鍾周期越短，CPU的運行速度就越快，但同時對電路的設計和穩定性也提齣瞭更高的要求。作者會分析如何設計更快的觸發器，以及如何通過優化時序來縮短時鍾周期。 而微處理器體係結構的部分，更是性能優化的重頭戲。書中對流水綫（Pipelining）的講解，堪稱經典。我明白瞭通過將指令執行過程分解成多個階段，並在不同的階段並行處理不同的指令，可以極大地提高CPU的吞吐量。作者還會詳細分析流水綫中可能齣現的“冒險”（hazard）問題，以及如何通過各種技術（如數據轉發、分支預測）來解決這些問題，從而最大化流水綫的效率。 書中對緩存（Cache）的講解，也讓我理解瞭內存性能優化的重要性。CPU的計算速度遠高於內存的訪問速度，而緩存就是為瞭彌閤這種速度鴻溝而設計的。我學習瞭不同類型的緩存（L1、L2、L3），以及它們的工作原理，例如緩存命中率和局部性原理，都直接影響著程序的運行速度。 此外，書中還提到瞭指令集設計中的一些優化思想，比如RISC（精簡指令集計算）的設計理念，就是通過簡化指令，使得CPU能夠更快地執行每一條指令，從而提升整體性能。 我最喜歡的是，書中並非簡單地給齣優化結果，而是會深入分析“為什麼”這些優化能夠提升性能。例如，作者會通過圖示和數學模型來展示流水綫如何並行工作，以及緩存如何減少內存訪問延遲。這種“知其然，更知其所以然”的講解方式，讓我對性能優化有瞭更深刻的理解。 閱讀這本書，我不再僅僅滿足於讓程序“跑起來”，而是開始思考如何讓它“跑得更快”。這種對性能的追求，已經從軟件層麵延伸到瞭硬件層麵。 總而言之，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》這本書，為我打開瞭性能優化的“大門”。它讓我深刻理解瞭，計算機的性能並非憑空而來，而是通過一係列精密的硬件設計和優化技術來實現的。這種對性能的深入理解，將對我未來的學習和實踐産生深遠的影響。
評分我總以為，學習計算機設計，就是死記硬背各種邏輯門、觸發器、寄存器之類的名稱和功能。然而，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》這本書，讓我徹底改觀。它以一種極其貼近實際應用的方式，展示瞭這些基礎概念是如何在真實的計算機係統中發揮作用的，並讓我感受到瞭“學以緻用”的樂趣。 書中不僅僅是羅列理論，而是通過大量的實際應用案例，將抽象的概念具象化。例如，在講解組閤邏輯電路時，作者會展示如何用它們來構建一個加法器，一個選擇器，或者一個編碼器。這些看似簡單的應用，卻是我理解邏輯門工作原理的最佳切入點。 在時序邏輯部分，書中對寄存器、計數器、移位寄存器等的講解，更是讓我看到瞭它們在實際係統中的重要作用。例如，寄存器是CPU存儲數據的重要部件，計數器可以用於定時和計數，而移位寄存器則可以用於串行數據的傳輸。這些概念，在我看來，不再是冰冷的學術名詞，而是實實在在的“功能模塊”。 讓我尤為印象深刻的是，書中對微處理器核心的講解。它不僅僅是描述CPU的組成部分，更是展示瞭這些部分是如何協同工作的。我看到瞭CPU如何通過指令集來執行程序，如何通過控製單元來協調各個部件的操作，以及如何通過內存接口來訪問數據。這種對整個係統運作流程的描述，讓我對計算機的整體架構有瞭清晰的認識。 書中對硬件描述語言（HDL）的介紹，更是將理論與實踐緊密結閤。通過學習VHDL或Verilog，我可以自己動手去設計和仿真一個邏輯電路。這種“動手實踐”的機會，讓我在學習過程中獲得瞭極大的樂趣和成就感。我嘗試著去設計一個簡單的數碼管顯示控製器，並在仿真器中看到瞭它的正確運行，那一刻的喜悅，是任何純理論的學習都無法比擬的。 此外，書中還介紹瞭一些實際的計算機設計實例，比如簡單的CPU模型。這讓我有機會將我所學的知識，應用到一個更宏觀的設計中。我開始理解，如何將基礎的邏輯門，一步一步地組閤成一個能夠執行指令的處理器。 這本書讓我明白瞭，學習計算機設計，不僅僅是學習“是什麼”，更是學習“如何去做”。它提供瞭一個從理論到實踐的完整路徑，讓我能夠將所學的知識，轉化為解決實際問題的能力。 總而言之，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》是一本極其注重應用的書籍。它通過豐富的實例和實踐指導，將抽象的計算機設計理論，轉化為生動易懂的實際應用，讓我深刻體驗到瞭“學以緻用”的樂趣，並對計算機設計領域充滿瞭探索的興趣。
評分從我個人的學習體驗來說，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》這本書最大的價值在於它提供瞭一個極其堅實且易於理解的“底層”視角，讓我得以窺探計算機世界的運作奧秘。我一直對計算機的運行原理感到好奇，但很多市麵上的書籍要麼過於宏觀，要麼過於微觀，難以找到一個恰當的切入點。這本書恰恰填補瞭這一空白。 開篇就從最基本的邏輯門講起，這讓我想起瞭自己在高中時期學習的電學基礎，但這裏更進瞭一步，將這些基本的“開關”組閤成瞭能夠進行計算的“大腦”。我記得作者用“門”這個詞來形容這些基本的邏輯單元，確實非常貼切，它們就像是信息流動的“守門員”，根據不同的輸入條件，決定信息是“通過”還是“阻擋”。 書中對布爾代數和邏輯錶達式的闡述，雖然在形式上是數學的，但作者非常巧妙地將其與實際的邏輯門電路聯係起來。我開始明白，那些看起來復雜的邏輯錶達式，其實就是用一種簡潔的數學語言來描述一堆邏輯門的組閤。通過真值錶和卡諾圖等工具，我能夠係統地化簡和優化邏輯電路，這讓我意識到，效率和性能的提升，往往可以從最基礎的設計層麵開始。 隨著章節的推進，我對組閤邏輯和時序邏輯的理解也越來越深刻。組閤邏輯就像是計算器，它的輸齣隻取決於當前的輸入，沒有任何“記憶”功能。而時序邏輯則加入瞭“時鍾”這個概念，讓電路擁有瞭“記憶”能力，能夠存儲信息，並且按照時間順序執行操作。我記得書中對觸發器（Flip-flop）的講解，讓我明白這是計算機存儲信息的基本單元，比如寄存器就是由觸發器組成的。 最讓我著迷的部分是書中對狀態機的介紹。狀態機是一種用來描述係統行為的模型，它能夠清晰地錶示係統在不同狀態下的響應。我嘗試著去用狀態機來設計一個簡單的交通信號燈控製器，這個過程讓我深刻體會到，如何將一個實際的控製邏輯轉化為計算機可以理解和執行的模型。這種抽象和具象的轉換，是計算機科學的核心能力之一。 書中還詳細介紹瞭微處理器的一些基礎概念，比如指令集架構（ISA）和指令解碼。我終於明白瞭，為什麼不同的CPU會有不同的指令集，以及這些指令是如何被CPU執行的。書中對流水綫（Pipelining）的講解，讓我對CPU的性能提升有瞭更直觀的認識。原來，CPU並非像我們想象的那樣，一條一條地順序執行指令，而是可以同時處理多條指令的不同階段，大大提高瞭執行效率。 雖然書中沒有深入探討現代CPU的各種復雜技術，但它所提供的基礎知識，足以讓我建立起一個清晰的計算機體係結構模型。我不再覺得CPU是一個神秘的黑箱，而是能夠理解它的基本工作原理。 這本書不僅僅是知識的傳遞，更是一種思維方式的啓迪。它教會我如何從最基本的邏輯單元齣發，一步一步地構建齣復雜的係統。這種“自底嚮上”的設計思路，對於理解和解決其他領域的復雜問題，也同樣具有藉鑒意義。 總而言之，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》為我提供瞭一個絕佳的平颱，讓我能夠深入理解計算機的硬件原理。它不僅滿足瞭我的好奇心，更激發瞭我進一步學習和探索的動力。
評分說實話，在翻開《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》之前，我對“計算機體係結構”這個詞的理解，是非常模糊的。我隻知道計算機有個CPU，內存，硬盤，但具體它們是如何協同工作的，又是如何被設計齣來的，我一點概念都沒有。這本書，就像是為我打開瞭一扇通往計算機“幕後”世界的窗戶。 讓我印象最深刻的是，書中將計算機的組成部分，從最底層的邏輯門，一直追溯到瞭指令集和程序執行。這種“自底嚮上”的講解方式，讓我能夠清晰地理解，那些我們習以為常的軟件操作，是如何在硬件層麵被一步一步地實現的。 作者首先從邏輯門開始，構建齣基本的算術和邏輯單元（ALU）。這就像是在建造一座大廈的基石，沒有它們，一切都無從談起。然後，這些ALU被整閤到CPU的核心，並加入瞭控製單元、寄存器等，這纔構成瞭一個基本的處理器。 書中對指令集架構（ISA）的講解，讓我明白瞭CPU能夠理解和執行的“語言”。不同的ISA，就像是不同的語言，規定瞭CPU能夠執行的指令集。我看到瞭像ADD、SUB、LOAD、STORE這樣的基本指令，也明白瞭這些指令是如何通過CPU內部的電路來執行的。 更讓我著迷的是，書中對CPU內部工作流程的描述。我學會瞭什麼是“取指令”、“譯碼”、“執行”、“訪存”和“寫迴”這五個基本階段，也理解瞭什麼是“流水綫”技術，以及它如何通過並行處理來提升CPU的性能。這讓我對CPU的“工作方式”有瞭一個非常直觀的認識。 書中還詳細講解瞭內存係統，包括內存的層次結構（寄存器、緩存、主存）以及它們之間的關係。我理解瞭為什麼需要緩存，以及緩存是如何工作的，這對於解釋程序為什麼會運行得快慢不一，有瞭更深刻的認識。 讓我感到驚喜的是，這本書並沒有止步於CPU和內存，還提到瞭輸入輸齣（I/O）設備。我明白瞭I/O設備是如何通過接口與CPU進行通信的，以及中斷機製是如何工作的。這讓我對計算機作為一個整體係統有瞭更全麵的瞭解。 最重要的是，這本書讓我明白，計算機的設計是一個權衡和取捨的過程。例如，在設計指令集時，需要考慮指令的豐富性和執行效率；在設計內存係統時，需要在速度、容量和成本之間找到平衡。這種“設計哲學”的灌輸，讓我受益匪淺。 讀完這本書，我不再僅僅將計算機看作是一個工具，而是能夠欣賞它背後所蘊含的精巧設計和智慧。我開始對計算機體係結構這個領域産生瞭濃厚的興趣，並希望能夠進一步深入學習。 總而言之，《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》為我提供瞭一個全麵而深入的計算機體係結構入門。它以一種清晰、係統的方式，將復雜的硬件原理呈現在我麵前，讓我對計算機的運作機製有瞭前所未有的深刻理解。
評分我在學習《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》的過程中，最深刻的感受之一便是它對“抽象”這一概念的精妙運用。在計算機科學領域，抽象無處不在，但往往很難被初學者真正理解其精髓。這本書則以一種極其清晰和循序漸進的方式，展示瞭如何通過層層抽象來構建復雜的計算機係統。 故事的開端，是從最基礎的邏輯門開始的。作者並沒有直接跳到微處理器，而是先讓我們理解AND、OR、NOT等基本邏輯門的工作原理。這便是第一層的抽象：將電信號的開關狀態，抽象成邏輯上的“真”和“假”。然後，通過這些基本邏輯門，又可以組閤成更復雜的邏輯單元，例如加法器，這便是第二層抽象：將多個邏輯門組閤，實現一個特定的算術功能。 書中對組閤邏輯電路的設計，讓我充分體會到瞭這種抽象的威力。一個簡單的加法器，可以通過不同的邏輯門組閤來實現。而當我們需要實現更復雜的算術運算時，就可以將多個加法器組閤起來，形成一個算術邏輯單元（ALU）。這種“積木式”的構建方式，正是通過不斷地進行抽象和組閤來實現的。 而時序邏輯部分，則引入瞭“時間”這個維度，以及“狀態”的概念。觸發器（Flip-flop）的齣現，標誌著我們進入瞭能夠存儲信息的領域。寄存器、計數器、移位寄存器等，都是基於觸發器構建的更高級的抽象單元，它們能夠保存和處理一係列的比特信息。 作者對微處理器體係結構的講解，更是將抽象提升到瞭一個新的高度。指令集架構（ISA）本身就是一種高度的抽象，它定義瞭軟件與硬件之間的接口。程序員隻需要關注ISA提供的指令，而無需關心CPU內部是如何具體實現的。這種抽象，極大地簡化瞭軟件開發。 更讓我印象深刻的是，書中對硬件描述語言（HDL）的介紹，如VHDL和Verilog。這些語言本身就是一種抽象工具。我們不再需要直接操作電信號，而是可以用代碼來描述邏輯電路的行為。這使得設計過程更加高效，也更容易管理復雜的電路。通過HDL，我們可以先在高層次上描述我們想要的功能，然後由工具自動將其翻譯成底層的邏輯門電路。 這本書沒有停留在理論層麵，而是通過大量的實例，將這些抽象概念具體化。例如，書中會展示如何用邏輯門設計一個簡單的內存控製器，或者如何用HDL描述一個有限狀態機。這些實例幫助我理解，理論上的抽象是如何在實際的硬件設計中得到應用的。 閱讀這本書，我最大的收獲之一便是對“分層抽象”有瞭深刻的認識。計算機係統就像是一個巨大的金字塔，最底層是物理的晶體管，往上是邏輯門，再往上是算術邏輯單元、控製器，最終是完整的微處理器，以及運行在它之上的操作係統和應用程序。每一層都建立在前一層的基礎上，並且隱藏瞭其內部的復雜性。 《邏輯與計算機設計基礎（原書第5版）》就像是一本“爬塔指南”，它帶領我一步一步地攀登，從最基礎的磚塊，構建齣整個計算機世界的宏偉藍圖。這種對抽象的理解，不僅對學習計算機科學至關重要，也對解決其他復雜問題，具有普遍的指導意義。
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