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[美] 尼克罗斯·法拉菲 著，戴志涛 译

图书标签:

• 数字逻辑
• 计算机组成
• 数字电路
• 逻辑设计
• 计算机体系结构
• 电子工程
• 高等教育
• 教材
• 计算机硬件
• 信息技术

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111570615

版次：1

商品编码：12217404

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 计算机科学丛书

开本：16开

出版时间：2017-06-01

用纸：胶版纸

页数：432

内容简介

本书从简单的数字逻辑电路设计基础开始，由浅入深，讲解组合逻辑和时序逻辑电路的设计技术、计算机组成的基本原理和计算机体系结构的相关概念，后深入探讨了现代计算机系统如何利用硬件支持安全的体系结构。书中通过大量实例揭示作者对现代计算机设计目标的理解，展示如何应用流水线和并行化技术提升并发处理能力，并阐述了处理器体系结构与编译器、编程方法和性能之间的关系。本书可作为高等院校“数字逻辑与计算机组成”相关课程本科生、研究生教材，也可作为电子信息类相关专业人士完整理解计算机系统的整体组成和硬件工作原理的参考书。

作者简介

Nikrouz Faroughi，加利福尼亚州立大学萨克拉门托分校教授、计算机科学系研究生专员和计算机工程专业教师。从密西根州立大学获得计算机工程学士学位、计算机科学硕士学位、电子工程硕士学位和计算机工程方向的电子工程博士学位。曾任职系统分析师，并曾作为顾问和技术经理在英特尔公司工作，目前在该公司兼职。

目录

Digital Logic Design and Computer Organization with Computer Architecture for Security
出版者的话
译者序
前言
致谢
第1章　导论 1
1.1　简介 1
1.1.1　数据表示 1
1.1.2　数据通路 5
1.1.3　计算机系统 5
1.1.4　嵌入式系统 7
1.2　逻辑设计 7
1.2.1　电路最小化 8
1.2.2　实现 9
1.2.3　电路类型 10
1.2.4　计算机辅助设计工具 12
1.3　计算机组成 13
1.4　计算机体系结构 13
1.4.1　流水线 14
1.4.2　并行性 15
1.5　计算机安全 19
参考文献 19
练习 19
第2章　组合电路：小型设计 22
2.1　简介 22
2.2　逻辑表达式 24
2.2.1　乘积的和表达式 25
2.2.2　和的乘积表达式 27
2.3　规范表达式 29
2.3.1　极小项 29
2.3.2　极大项 30
2.4　逻辑化简 30
2.4.1　卡诺图 31
2.4.2　K图化简 33
2.5　逻辑化简算法 37
2.6　电路时序图 43
2.6.1　信号传播延迟 45
2.6.2　扇入和扇出 45
2.7　其他逻辑门 46
2.7.1　缓存 46
2.7.2　集电极开路缓冲区 46
2.7.3　三态缓存 48
2.8　设计实例 50
2.8.1　全加器 50
2.8.2　多路选择器 52
2.8.3　译码器 54
2.8.4　编码器 55
2.9　实现 57
2.9.1　可编程逻辑器件 57
2.9.2　设计流程 58
2.10　硬件描述语言 60
2.10.1　结构模型 60
2.10.2　传输延迟仿真 63
2.10.3　行为建模 65
2.10.4　综合与仿真 67
参考文献 69
练习 69
第3章　组合电路：大型设计 72
3.1　简介 72
3.2　算术函数 74
3.3　加法器 74
3.3.1　进位传输加法器 74
3.3.2　先行进位加法器 75
3.4　减法器 81
3.5　2的补码加法/减法器 83
3.6　算术逻辑单元 86
3.6.1　设计部分：位并行 87
3.6.2　设计部分：位串行 91
3.7　设计实例 93
3.7.1　乘法器 93
3.7.2　除法器 95
3.8　实数算术 96
3.8.1　浮点数标准 97
3.8.2　浮点数据空间 98
3.8.3　浮点运算 100
3.8.4　浮点单元 104
参考文献 105
练习 105
第4章　时序电路：核心模块 109
4.1　简介 109
4.2　SR锁存器 110
4.3　D锁存器 113
4.4　锁存器的缺陷 114
4.5　D触发器 115
4.5.1　选择电路 116
4.5.2　操作规范 116
4.5.3　建立和保持时间 116
4.6　无相位差的时钟频率估计 120
4.7　触发器使能 120
4.8　其他触发器 121
4.9　硬件描述语言模型 122
参考文献 124
练习 125
第5章　时序电路：小型设计 127
5.1　简介 127
5.2　状态机介绍：寄存器设计 128
5.2.1　寄存器模型 129
5.2.2　多功能寄存器 130
5.3　FSM设计 132
5.3.1　二进制编码状态 134
5.3.2　独热码状态 137
5.4　计数器 142
5.5　容错FSM 149
5.6　时序电路的时序 154
5.6.1　带有时钟相位差的时钟频率评估 157
5.6.2　异步接口 157
5.7　硬件描述语言模型 159
参考文献 164
练习 164
第6章　时序电路：大型设计 168
6.1　简介 168
6.2　数据通路设计 169
6.2.1　单周期 170
6.2.2　多周期 171
6.2.3　流水线 171
6.3　控制单元设计技术 175
6.3.1　硬件控制单元：FSD 176
6.3.2　微程序控制 176
6.3.3　硬件控制：流水线 180
6.4　能源和功率消耗 181
6.5　设计实例 183
6.5.1　无符号串行乘法器 184
6.5.2　带符号串行乘法器 192
6.5.3　计算机图形学：旋转 199
参考文献 211
练习 211
第7章　存储器 214
7.1　简介 214
7.2　存储技术 215
7.2.1　只读存储器 215
7.2.2　随机存取存储器 215
7.2.3　应用 217
7.3　存储单元阵列 217
7.3.1　字存取 218
7.3.2　突发访问 218
7.4　存储器组织结构 220
7.4.1　现代DRAM 221
7.4.2　SRAM存储单元模型 223
7.4.3　SRAM芯片内部组织结构 223
7.4.4　存储单元设计 225
7.5　存储时序 228
7.5.1　SRAM 228
7.5.2　DRAM 230
7.5.3　SDRAM 231
7.5.4　DDR SDRAM 232
7.6　存储器体系结构 232
7.6.1　高位交叉存储 233
7.6.2　低位交叉存储 233
7.6.3　多通道 234
7.7　设计实例：多处理器存储结构 236
7.7.1　UMA与NUMA 236
7.7.2　NUMA应用 236
7.8　HDL模型 237
参考文献 240
练习 240
第8章　指令集体系结构 243
8.1　简介 243
8.1.1　指令类型 244
8.1.2　程序翻译 244
8.1.3　指令周期 244
8.2　指令集体系结构的类型 246
8.2.1　寻址模式 246
8.2.2　指令格式 247
8.2.3　堆栈ISA 247
8.2.4　累加器ISA 249
8.2.5　CISC-ISA 249
8.2.6　RISC-ISA 250
8.3　设计示例 250
8.3.1　累加器ISA指令集设计 250
8.3.2　累加器ISA处理器：单周期 255
8.3.3　累加器ISA处理器：流水线 259
8.3.4　RISC-ISA处理器 266
8.4　先进的处理器架构 269
8.4.1　深度流水线 269
8.4.2　分支预测技术 271
8.4.3　指令级并行 278
8.4.4　多线程 284
参考文献 288
练习 288
第9章　计算机体系结构：互连 293
9.1　简介 293
9.2　存储器控制器 298
9.2.1

前言/序言

　　前　言Digital Logic Design and Computer Organization with Computer Architecture for Security编写本书的目的是让读者通过一本教科书全面理解数字逻辑设计和计算机组成。此外，本书还有独立的一章介绍安全的计算机体系结构。

　　本书涵盖数字逻辑设计的基本原理和Verilog硬件描述语言设计。各个章节分别讨论简单和复杂的组合电路和时序电路的设计方法。本书概述了电路设计的现代工具和方法，而Verilog实例仅用于展示该语言的基本特性和可综合特性。如有需要，教师可以选择用VHDL替代。不过，本书并不要求使用硬件描述语言。

　　本书内容包括存储器组织、处理器核心和处理器组织结构，以及硬件支持的计算机安全等。由于技术的进步以及对高速和低功耗设计的需求改变了计算机组织结构的基础，因此本书尝试不仅提供简单的实例用于展示基本的设计概念，而且揭示对现代计算机设计目标的理解。

　　本书还从指令集体系结构角度讨论了计算机体系结构的概念，包括支持安全指令执行的架构、流水线和并行化，以及存储器层次结构。本书尝试提供大量实例来展示如何应用流水线和并行化技术来提升并发处理能力并降低或隐藏延迟（这是两个影响性能的因素）。程序代码实例也用于展示CPU体系结构与编译器、编程方法和性能之间的关系。

　　各章节概述本书一共有11章。第1章概述了数字系统、计算创新、数码系统、数字逻辑设计和计算机组成/体系结构及安全。

　　第2章和第3章涵盖简单和复杂的组合电路，包括整型和浮点算术运算。在第2章讨论小型电路的设计方法时，假定若需要化简超过4个输入变量的真值表，学生可以利用逻辑化简软件，例如从互联网上免费下载的Espresso。这一章还介绍了设计工具、结构级和行为级设计模型，以及利用可编程逻辑器件的电路设计，也包括Verilog设计实例及其综合和仿真结果。第3章涵盖设计大型组合电路的方法和整型及浮点数计算机算术运算，同样给出了设计实例。

　　第4～6章涵盖了简单和复杂的时序电路，从基本模型到复杂的数据通路与控制，再到时序约束、设计效率和功耗利用。第4章介绍了锁存器、触发器及其时序要求。第5章介绍了有限状态机（FSM）设计及其时序要求和异步输入的处理。第6章介绍了单周期、多周期和流水线数据通路与控制。设计实例展示了数据通路和基于FSM、微程序及流水线的三种控制单元组织，此外还给出了几个数据通路设计实例，包括无符号和带符号乘法运算以及二维虚拟目标旋转。

　　第7章专注于存储器，包括SDRAM技术，以及包括交叉和多通道在内的存储器设计。这一章也介绍了存储器通信协议、性能，以及均匀存储器存取（UMA）和非均匀存储器存取（NUMA）组织；还讨论了一些编程方法实例，这些实例可以利用NUMA组织结构的优势来提高性能。

　　第8章讲解CPU设计，从单周期和流水线到精简指令集计算机（RISC）、深度流水和分支预测，再到静态和动态指令集并行（ILP），直到多线程。章中包括CPU数据通路实例的设计和仿真，并给出了编程代码实例来说明通过编译器优化改进性能、分支预测、ILP和多线程。

　　第9章专注于微型计算机体系结构，内容从简单的总线结构到集成结构再到现代点到点结构的历史脉络，也包括I/O端口寻址、中断驱动I/O和直接存储器访问（DMA），以及现代“即插即用”设备控制器接口，例如USB主机控制器接口。这一章还讨论了中断和相关操作系统任务，中断处理CPU的数据通路和指令集也被用作实例来解释简单计算机的体系结构和操作。

　　第10章涵盖存储器层次结构的原理及其组织。这一章还讨论了单处理器系统中的cache一致性，也介绍了共享存储器多处理器系统中的cache一致性问题，通过实例从缺失率、硬件数量和功耗等方面说明不同的cache映射技术的优势，还介绍了虚地址转换、页表管理和用于转换虚地址的可选处理器的组织结构。

　　第11章从应用在计算机体系结构中的安全工程方法的基本概念入手，接着引出访问控制、安全策略模型、硬件安全策略机制和软件/物理攻击机制，并介绍了加密技术。这一章还介绍了基于安全协处理器（用于实现安全数据存储和通信等）或者安全通用处理器实现的可信计算基（TCB）架构，也详细介绍了实现程序（指令和数据）机密性和完整性的安全处理器的体系结构。

　　虽然第11章的内容被编排在一起以方便读者阅读，但其内容也同时包含在其他章节中。例如，当学到时序电路设计技术时，学生就可以设计简单的加密电路。还有一些该章涉及的内容也在其他章节中出现过，包括硬件木马和硬件安全策略机制、存储器认证、中断的安全处理、安全协处理器和安全处理器架构等。为了给出第11章内容与其他章节相关内容的关联，第1章、第3章、第5～10章的练习部分都列出了第11章的练习，并加注说明为“计算机安全”。教师在这些章节中可以选择所列的习题。

　　为便于参考，关键字在第一次出现时会加粗显示。缩写的关键字不加粗，但少数会标出完整术语，便于读者阅读。选择本书为其课程必修教材的学术机构的教师可获得练习答案和PowerPoint幻灯片。

　　如何阅读本书大多数人认为，本书对于数字设计和计算机组成的讨论深度明显高于市面上相似的教材。对于这两个主题，本教材的目标是在覆盖的广度和深度方面更加平衡。在一个学期中，教师既能审慎地选择知识点，也可以选择其课程中需要强调的每个知识点的深度和广度。本教材也包含了足够的内容来适应两个季度或两个学期的课程安排，以便深入讲授数字逻辑设计和计算机组成/体系结构两部分内容，也使学生有更多的时间来深入理解设计练习。下面是对读者阅读本书的方式的几点建议：

　　1.对于没有或只有有限的数字逻辑基础的本科生，课程内容可以包括第1～5章和第6～9章的部分知识点，以及其余章节中的典型知识点。某些章节和设计实例可以跳过。

　　2.对于具备一些数字逻辑基础的计算机科学和计算机工程的本科生，课程内容可以包括第1章、复习或选讲第2～5章中的部分知识点、第6～10章全部知识点和第11章的部分知识点。

　　3.对于那些向没有或只有有限的数字逻辑设计和计算机组成基础的研究生授予学位的学术机构，本书是一本理想的教科书，因为其将数字逻辑设计和计算机组成及体系结构整合到了一本书中。

　　4.希望更新其数字逻辑和计算机组成及体系结构知识以及希望学习安全相关的计算机体系结构概念的专业人士可以从本书中获益。

　　致　谢Digital Logic Design and Computer Organization with Computer Architecture for Security许多人都对本书做出了宝贵的贡献。我要特别感谢同事Isaac Ghansah和Thomas Mathews，他们对本书内容做出了重要贡献并提出了宝贵的建议。我也要感谢Martin Nicholes（现在英特尔工作），他对第11章的内容提出了有见地的参考意见。我还要感谢审稿人给出的深思熟虑的意见，本书终稿的部分内容根据他们的建议做了修改。

　　我的许多学生也对本书的初稿提供了有价值的反馈，并帮助找出了文中的一些错误。他们对本书中某些实例的详尽分析为发现书中的文字和拼写错误帮助颇多。我要特别感谢Kevin Schultz、Andrew Larsen、Branden Garner、Chris Dalisay、Thomas Lee、Robert Carreras、Ian Reif和Matt Larsen，也欢迎大家帮助找出书中未修正的错误并提出任何改进本书的建议。我还要感谢McGraw-Hill出版社的赞助编辑Michael McCabe、编辑主管Donna Martone、著作监督Lynn Messina、文字编辑Lisa McCoy、美术指导Jeff Weeks，以及项目经理Dheeraj Chahal和MPS公司的Surendra Shivam，他们提供了大力支持，为本书设计了封面并完成了最后加工。

　　最后但同样重要的是，我要感谢妻子Gita和儿子Kian与Ryon的耐心和支持，特别是忍受我长时间忘我地投入本书的写作。

　　译者序Digital Logic Design and Computer Organization with Computer Architecture for Security信息技术发展和应用的速度如此之快，以至于层出不穷的新概念和新技术使人眼花缭乱、应接不暇。无论是物联网、移动互联网、云计算、大数据，还是人工智能、智能硬件、机器学习、智能人机交互，这些热点应用领域都要依靠计算机系统硬件提供的强大计算能力。因此，不仅是计算机专业，越来越多的各领域的专业人士都需要理解计算机系统硬件的完整组成和基本工作原理，进而在系统层面掌握计算机工作的全貌。

　　我在北京邮电大学从事“计算机组成原理”课程教学二十余年，深刻感觉到，计算机系统硬件课程对教和学双方而言难度都非常大。开设“计算机组成原理”课程的目的是：帮助学生理解构成计算机硬件的基本电路的特性和设计方法；使学生了解计算机系统整体概念，理解指令在计算机硬件上的执行过程；理解计算机系统层次结构，理解高级语言程序、指令系统体系结构、编译器、操作系统和硬件部件之间的关系；让学生站在系统的高度考虑和解决问题，培养具有系统观的软件/硬件贯通人才。因此，就教师而言，如果自身没有对计算机系统硬件设计的深入体会，也就不可能让学生深入地理解计算机系统的整体组成和工作原理。

　　本书在计算机系统硬件教学方面做了非常有益的探索。作者Nikrouz Faroughi教授从密歇根州立大学获得计算机科学硕士学位、电子工程硕士学位和计算机工程方向的电子工程博士学位，并曾作为顾问和技术经理在英特尔公司工作，拥有丰富的工程经验，对计算机系统硬件有深入的了解。

　　本书是一部从专业角度讨论计算机系统硬件技术的完整教材。通读本书可以看出，本书与其他教科书相比具有鲜明的特色。

　　第一个特色是深入浅出、循序渐进，并带有丰富的教学实例。作者从简单的数字逻辑电路设计基础开始，由浅入深，讲解了组合逻辑和时序逻辑电路的设计技术、计算机组成的基本原理和计算机体系结构的相关概念。全书共11章。第1章是计算机系统相关概念的概述；第2～5章分别讨论组合逻辑电路和数字逻辑电路的设计；第6章则从大型时序电路设计过渡到计算机系统控制器的设计；第7～9章分别讨论存储器、指令集体系结构和系统互连（总线与输入/输出系统）；第10章讨论多级存储体系。

　　第二个特色是把计算机体系结构与系统安全问题相关联。安全问题是现代信息系统面临的重大挑战，如何在计算机系统硬件层面支持系统安全是在当今网络互连时代必须面对的问题。第11章用较大篇幅深入探讨了现代计算机系统如何利用硬件支持安全的体系结构。这一章从安全工程的基本概念入手，引出访问控制、硬件安全策略机制和软件/物理攻击机制，并介绍了加密技术、安全协处理器及安全通用处理器等诸多安全计算机体系结构的相关概念与方法。

　　第三个特色是突出现代计算机的设计理念。由于移动计算和高性能计算对系统性能和功耗的要求，以及现代半导体技术进步和信息技术发展提供的可能性，计算机组织结构的基础已经发生了改变。本书不仅提供简单的实例用于展示基本的设计概念，而且试图通过这些实例揭示作者对现代计算机设计目标的理解。书中也提供大量实例来展示如何应用流水线和并行化技术提升并发处理能力，并揭示处理器体系结构和编译器、编程方法和性能之间的关系。

　　因此，本书既适合计算机及相关专业的本科学生作为相关课程的参考教科书，也可用于电子信息类相关专业人士完整理解计算机系统的整体组成和硬件工作原理。建议读者根据自身情况有选择地阅读书中的相关章节，原书前言给出了如何选择章节的建议。

　　本书中文版的翻译工作由我所在的北京邮电大学嵌入式系统与网络通信研究中心的教师及在校和已毕业的研究生共同完成。我与张通、黄梦凡、徐继彬、刘欣、邝坚、卞佳丽和刘健培等分别完成了初稿翻译、技术指导、术语整理和审校等工作。感谢机械工业出版社华章公司的曲熠编辑和朱秀英编辑在翻译过程中提出的诸多有益的建议。

　　在翻译过程中，我们一直期望在精确反映作者原意的基础上尽可能照顾到中文的表述习惯，力求在准确性和流畅性之间取得平衡。由于翻译时间仓促和译者水平有限，书中难免存在错误和疏漏，恳请读者谅解并指正。

　　戴志涛2017年3月于北京邮电大学

探索知识的无限边界：一部关于通用性、创新与人类精神的百科全书 这是一部汇集了人类智慧结晶的鸿篇巨著，它并非聚焦于某个特定学科的深度挖掘，而是致力于呈现知识的广阔图景，以及驱动我们不断探索、创造和进步的普适性原则。本书以一种开放、包容的态度，带领读者穿越时间的长河，跨越学科的界限，去理解那些塑造我们世界、影响我们未来的根本性力量。 第一部分：思维的基石——逻辑、系统与抽象 在信息的洪流中，清晰的思维和严谨的推理是 navigates 的指南针。本书的第一部分深入探讨了构建有效思考体系的核心要素。我们首先从逻辑的本质开始，追溯其在古代哲学中的起源，直至现代科学中的应用。这里不会涉及具体的数理逻辑公式或演算，而是着重阐述逻辑推理的普遍规律、识别谬误的方法，以及如何运用逻辑思维来构建清晰的论证和解决复杂的问题。读者将了解到，逻辑不仅仅是学术的工具，更是日常决策、批判性分析和有效沟通的基石。 随后，我们将目光投向系统的观念。万事万物，从微观的原子结构到宏观的宇宙星系，乃至社会组织和生态环境，都呈现出系统的特性。本书将阐述什么是系统，系统的组成部分、相互作用以及涌现性。我们将探讨不同类型系统的模型，例如反馈回路、自组织现象以及层级结构，并分析理解系统如何帮助我们把握事物之间的内在联系，预测行为模式，并设计更具弹性和可持续性的解决方案。这里的“系统”概念是广义的，它触及了从自然科学到社会科学，再到工程领域的通用方法论。 抽象是人类智慧的另一项伟大成就，它使得我们能够从纷繁复杂的现实中提炼出本质，并将其概念化、模型化。本书将探讨抽象的形成过程，它如何帮助我们概括经验、形成概念，并进行更高级别的推理。我们将审视不同领域中的抽象化应用，例如数学中的几何概念、物理学中的基本粒子模型、生物学中的基因编码，以及艺术中的象征性表达。理解抽象，便是掌握了跨越具体实例，触及更普遍真理的钥匙。 第二部分：知识的脉络——历史、文化与思想的交织 知识的海洋并非凭空存在，它是由无数先贤的智慧、文化的沉淀以及思想的碰撞汇聚而成。本部分将带领读者进行一次穿越时空的知识之旅，去感受人类文明发展的宏伟画卷。 我们将从人类思想史的脉络着手。这里不是枯燥的年代记，而是追溯那些颠覆性的思想如何产生、传播，并深刻影响人类对世界和自身认知的历程。我们将探讨古希腊的哲学思辨如何奠定西方文明的基石，中世纪宗教思想的演变如何塑造社会结构，文艺复兴的理性之光如何点燃科学的火种，启蒙运动的自由精神如何催生现代社会。同时，我们也会审视东方文明在哲学、艺术、科技等方面独特的贡献和发展轨迹，展现不同文化背景下思想的多样性与共通性。 科学发现的历史是人类探索未知、挑战权威的壮丽史诗。本书将聚焦那些标志性的科学革命，例如哥白尼的日心说如何颠覆了地心说的宇宙观，牛顿的万有引力定律如何统一了天体运动和地面运动，爱因斯坦的相对论如何重塑了时空的概念，以及达尔文的进化论如何揭示了生命的奥秘。我们不仅会介绍这些科学发现本身，更会关注它们诞生的社会背景、科学家的探索过程、实验验证的艰辛，以及这些发现对人类社会带来的深远影响。 文化与艺术的视角为我们提供了理解人类情感、价值观和审美观念的窗口。本书将探讨不同文明的艺术形式，例如古埃及的金字塔、古希腊的雕塑、中国的书法绘画、印度的古典舞蹈，以及现代的电影、音乐和文学。我们将分析这些艺术形式如何反映其所处的时代精神，如何承载民族的文化记忆，以及它们如何通过形式、色彩、声音和叙事来触动我们的心灵，激发我们的想象。 第三部分：创造的火花——创新、协作与未来 人类文明的进步，归根结底在于创造。本部分将聚焦那些驱动创新、促进协作，并塑造我们未来的核心动力。 创新的本质与驱动力将被深入剖析。我们并非机械地罗列各种创新理论，而是从更宏观的视角去理解创新是如何发生的。我们将探讨创造力是如何被激发，好奇心、冒险精神、对现有问题的敏锐洞察以及对未来的想象力在创新过程中扮演的角色。我们会审视不同类型的创新，例如颠覆式创新、渐进式创新、技术创新、商业模式创新以及社会创新。本书将分享那些具有里程碑意义的创新故事，分析其背后的逻辑和方法，并为读者提供激发自身创造力的启示。 协作的力量在复杂的世界中显得尤为重要。本书将强调跨学科、跨文化、跨地域的协作如何加速知识的进步，推动解决全球性挑战。我们将探讨有效的沟通、团队合作的原则、知识共享的模式以及构建信任的重要性。从大型科学项目的协同攻关，到开源社区的共同开发，再到国际组织应对气候变化的努力，都将成为我们分析协作力量的范式。 最后，我们将目光投向未来的展望。本书将探讨那些可能塑造我们未来世界的宏大趋势，例如人工智能的发展、基因编辑技术的突破、太空探索的潜力，以及可持续发展的挑战。我们不会预测具体的科技产品，而是分析这些趋势背后的原理，它们可能带来的机遇与风险，以及我们作为个体和社会，应如何积极应对，以期构建一个更美好、更繁荣、更公平的未来。 本书的独特价值在于其通用性与启发性。它不预设读者拥有特定的专业背景，而是以一种开放的姿态，将各个领域的知识融会贯通，展现知识之间千丝万缕的联系。读者将在这里找到理解世界、激发思考、点燃创造力的火花。它鼓励读者跳出固有的思维框架，以更广阔的视野去审视问题，以更深邃的智慧去洞察未来。这是一本能够伴随读者一生，不断为其提供新视角、新灵感，并帮助其在知识的海洋中自由翱翔的百科全书。它传递的不是简单的信息，而是一种探索世界、创造未来的永恒动力。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲解过程中，非常注重理论与实践的结合，这对于我这样希望能够将所学知识应用到实际中的读者来说，无疑是一大福音。在数字逻辑的设计部分，书中提供了大量的电路设计实例，从简单的逻辑门组合，到构成复杂功能的组合逻辑电路，再到能够存储状态的时序逻辑电路，每一步都附有清晰的电路图和详细的讲解。我特别喜欢书中关于如何使用Verilog HDL（硬件描述语言）来描述这些逻辑电路的部分，虽然不是本书的重点，但它为我打开了通往实际硬件开发的大门，让我看到了将理论转化为实际产品的那种可能性。 在计算机组成原理方面，书中也尽可能地将抽象的概念具象化。例如，在讲解CPU的工作原理时，书中会通过指令周期的图示，清晰地展示CPU如何从内存中提取指令、解码指令、执行指令，并且进行写回操作。它还会深入到CPU的各个功能单元，比如ALU、寄存器堆、控制单元等，并且解释它们是如何协同工作的。我印象深刻的是，书中对缓存的工作原理的讲解，它不仅仅是简单地定义了缓存，而是通过具体的例子，让我理解了缓存的命中率和未命中率的概念，以及如何通过调整缓存的大小和关联度来优化性能。这种理论与实践相结合的讲解方式，让我感觉学习过程更加生动有趣，也更有成就感。

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读这本书最大的收获，莫过于对计算机“心脏”——中央处理器（CPU）的理解。这本书并没有直接给出一堆复杂的CPU架构图，而是从最基础的算术逻辑单元（ALU）开始，一点一点地构建起CPU的宏伟蓝图。书中关于ALU的设计，不仅仅是简单地列出各种逻辑运算，更重要的是解释了如何利用加法器、减法器等组合逻辑电路，以及移位器等时序逻辑电路，协同工作，实现各种算术和逻辑运算。我印象特别深刻的是，书中对如何实现二进制减法运算的讲解，涉及到补码的概念，让我对计算机内部进行负数计算的方式有了全新的认识。 当书中开始介绍CPU的控制单元时，我感觉自己像是窥见了计算机的“大脑”。书本详细阐述了指令的解码过程，以及如何通过时序信号来协调ALU、寄存器和其他部件的工作。其中，状态机的概念被引入，让我理解了CPU在执行每一条指令时，是如何经历一系列的状态转移，从而完成复杂的任务。书本还对指令流水线技术进行了初步的介绍，虽然没有深入到微架构层面，但已经让我体会到提高CPU性能的关键在于并发执行。对于指令集架构（ISA）的部分，书中也进行了概述，让我了解到不同指令集的设计哲学，以及它们对软件和硬件之间接口的影响。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在内容深度和广度上都给我留下了深刻的印象。它在数字逻辑部分，不仅仅停留在基本门电路的介绍，而是深入到了组合逻辑和时序逻辑的设计原则，以及状态机的概念。我印象比较深刻的是，书中在讲解时序逻辑时，引入了寄存器、计数器等实际的电路单元，并且通过它们的设计示例，让我能够更直观地理解时序逻辑的动态特性。 而在计算机组成方面，这本书的覆盖面也相当广。从CPU的核心架构，到内存系统的设计，再到输入输出设备的接口和通信方式，都有涉及。我尤其喜欢书中对总线系统的讲解，它详细阐述了不同类型的总线，以及它们在CPU、内存和I/O设备之间传输数据的作用。书中还对中断和DMA（直接内存访问）等概念进行了介绍，让我了解到计算机是如何实现高效的数据传输和任务切换的。这种既有深度又有广度的讲解，让我在掌握基础知识的同时，也对计算机系统的整体架构有了更全面的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲解计算机组成原理时，并没有采用那种“自上而下”或者“自下而上”的单一叙事方式，而是将二者有机地结合起来，形成了一种独特的学习体验。一开始，它会从最底层的数字逻辑概念出发，比如逻辑门、组合逻辑和时序逻辑，为我们打下坚实的基础。然后，它会逐步向上，介绍如何利用这些基础单元构建出更复杂的电路，比如加法器、译码器、多路选择器等等。当我看到这些基础单元如何被组合起来，形成一个完整的算术逻辑单元（ALU）时，我感觉自己像是拼图高手，一点点地将零散的碎片，拼凑成一幅宏伟的画面。 接着，书本会自然地过渡到计算机的核心组成部分，比如CPU、内存和输入输出设备。对于CPU的部分，它会从ALU和控制单元的设计讲起，然后再引入寄存器组的作用，以及它们如何与控制单元协同工作，完成指令的提取、解码和执行。让我特别受益的是，书中对内存系统的讲解。它不仅仅是简单地介绍DRAM和SRAM的区别，更是深入地讨论了内存层次结构，包括缓存（Cache）的作用，以及它如何通过局部性原理，显著提升程序的运行速度。这种将底层硬件原理与上层系统性能紧密联系的讲解方式，让我对计算机的整体运作有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

在我接触的众多技术书籍中，《数字逻辑设计与计算机组成》以其独特的视角和深入浅出的讲解方式，给我留下了非常深刻的印象。它并没有将数字逻辑和计算机组成割裂开来，而是将它们紧密地联系在一起，形成了一个有机整体。书中从最基础的逻辑门和布尔代数开始，一步步构建起复杂的数字电路，然后又将这些电路单元巧妙地融入到计算机的各个组成部分，比如CPU、内存和I/O设备的设计中。这种“从低到高”的讲解逻辑，让我能够清晰地看到，计算机的强大计算能力，是如何从最基本的逻辑单元发展而来的。 我特别喜欢书中对CPU指令执行过程的描述。它不仅仅是停留在理论层面，而是通过对指令解码、执行、写回等各个阶段的详细阐述，让我能够深入理解CPU是如何处理和执行软件指令的。书中还对各种寄存器，比如通用寄存器、程序计数器、指令寄存器等的作用进行了清晰的解释，并且阐述了它们在指令执行过程中是如何相互配合的。这种深入到CPU内部的讲解，让我对计算机的“大脑”有了更直观的认识。同时，书中对内存层次结构的讲解，也让我理解了为什么不同的存储器会有不同的速度和容量，以及它们是如何协同工作来满足CPU对数据的访问需求的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格，非常注重逻辑的严谨性和清晰性，但又不失生动有趣。在讲解数字逻辑的基本概念时，作者并没有使用过于专业的术语，而是用通俗易懂的语言，结合直观的图示，让读者能够轻松地理解。我印象特别深刻的是，书中在介绍逻辑门电路时，会使用一些生活中的类比，来帮助我们理解它们的逻辑功能，比如将“与”门比作串联的开关，将“或”门比作并联的开关，这种方式让我能够迅速地掌握这些概念。 当进入计算机组成的部分，书中依然保持着这种清晰的讲解风格。它会从CPU的宏观架构入手，然后逐渐深入到各个子模块的设计，比如ALU、控制单元、寄存器等。书中对指令流水线技术的讲解，尤其让我印象深刻。作者通过详细的图示和文字描述，清晰地展示了指令在流水线中的流动过程，以及可能出现的冲突和解决方法，让我能够直观地理解CPU是如何通过并行处理来提高效率的。此外，书中对内存系统的讲解，也清晰地阐述了不同类型内存的特点，以及缓存的工作原理，让我对计算机的整体性能瓶颈有了更深入的认识。

评分☆☆☆☆☆

在阅读《数字逻辑设计与计算机组成》的过程中，我发现自己对计算机底层工作原理的理解，发生了质的飞跃。书本在介绍数字逻辑部分时，并没有停留在枯燥的理论推导，而是通过大量的实例，生动地展示了逻辑门如何构成更复杂的电路。比如，在讲解编码器和译码器时，书中给出的例子，让我明白这些看似简单的逻辑单元，在现实世界的应用中，扮演着多么重要的角色。从识别用户输入信号，到控制各种外部设备的开关，它们无处不在。 更让我感到惊喜的是，当书本进入计算机组成的部分，它能够将这些基础的数字逻辑概念，巧妙地融入到对CPU、内存等核心组件的讲解中。我尤其喜欢书中关于CPU指令流水线的部分。虽然不是最前沿的研究，但它清晰地展示了如何通过将指令的执行过程分解成多个阶段，并在不同阶段之间实现并行处理，来大幅提高CPU的处理效率。书本通过图示和文字的结合，让我能够直观地理解指令在流水线中的流动过程，以及可能出现的冲突和解决方案。这种“由表及里”的讲解方式，让我对计算机从物理层面到逻辑层面的运行机制，有了更立体、更深刻的认知。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字逻辑设计与计算机组成》的书，说实话，我一开始拿到它的时候，内心是忐忑的。毕竟，这两个主题听起来就让人生畏，仿佛是打开了一扇通往复杂电路图和抽象运算逻辑的神秘大门。但当我翻开第一页，那种严谨而又清晰的语言风格，瞬间打消了我大部分的疑虑。作者似乎深谙如何将那些晦涩难懂的概念，一层层剥开，呈现在读者面前。书中对布尔代数的基本运算，比如与、或、非的讲解，就如同给我们搭建了一个坚实的地基。我尤其喜欢作者在讲解逻辑门电路时，那种循序渐进的方式，从最基础的非门、与门，到后来的与非门、或非门，以及更复杂的异或门，每一个都配有清晰的逻辑符号和真值表，让我能够直观地理解它们的功能。 更让我印象深刻的是，这本书并没有止步于理论的堆砌，而是很巧妙地将这些基础概念与实际应用联系起来。比如，在介绍组合逻辑电路时，书中以一个简单的加法器为例，详细地展示了如何利用逻辑门构建出能够实现二进制加法运算的电路。这个过程，从最初的需求分析，到最终的电路图绘制，每一步都清晰可见。我当时就觉得，原来那些我们习以为常的计算能力，背后竟然是如此精巧的逻辑设计。而当书本过渡到时序逻辑电路部分，比如触发器和寄存器时，我更是感到了一种豁然开朗。时序逻辑的引入，标志着电路能够“记忆”状态，这正是构建复杂计算单元的关键。书中对JK触发器和D触发器的详解，以及它们在构成移位寄存器等功能单元中的应用，让我看到了数字系统从静态走向动态的演进。

评分☆☆☆☆☆

我对《数字逻辑设计与计算机组成》的评价，很大程度上源于它在讲解抽象概念时所展现出的“接地气”的风格。很多时候，在学习数字逻辑的时候，很容易陷入纯粹的符号和真值表的世界，而忽略了这些东西的实际意义。但是，这本书的作者似乎深谙如何让读者“看到”这些逻辑。例如，在讲解锁存器和触发器时，书中并没有仅仅给出它们的状态转移图，而是会结合实际的应用场景，比如如何用它们来构成一个简单的计数器，或者一个移位寄存器，让我能够立刻理解这些微小的电路单元，是如何成为构建更复杂系统的基石。 当我翻到计算机组成的部分，这种“接地气”的风格得到了延续。书中在介绍CPU的控制单元时，它并没有止步于描述指令解码和时序控制的流程，而是会进一步解释这些控制信号是如何驱动ALU进行运算，如何访问内存，以及如何与I/O设备进行交互。我尤其喜欢书中对中断处理机制的讲解，它用一个非常形象的比喻，让我瞬间理解了当外部设备需要CPU服务时，CPU是如何暂停当前任务，响应中断请求，然后再回到之前的状态继续执行。这种将底层硬件的复杂性，转化为易于理解的流程和机制的讲解方式，让我对计算机的内部运作充满了敬畏和好奇。

评分☆☆☆☆☆

从我个人的学习经历来看，这本书在逻辑的递进和知识的关联性上做得相当出色。它并没有孤立地讲解数字逻辑的各个概念，而是通过巧妙的设计，让每一个新的知识点都建立在前一个知识点的基础上。比如，在介绍完基础的逻辑门之后，书中会立刻引导我们去学习如何用这些门来构建更复杂的组合逻辑电路，如加法器、减法器等。这种“搭积木”式的讲解方式，让我能够清晰地看到，最简单的逻辑单元是如何一步步演变成实现复杂功能的电路模块。 而当进入计算机组成的部分，这种知识的关联性更是得到了充分的体现。书中在介绍CPU的组成时，会反复提及之前在数字逻辑部分学到的ALU、寄存器等概念，并且会详细阐述它们是如何协同工作的。我尤其欣赏书中对内存层次结构的讲解，它不仅仅是列出了寄存器、缓存、主内存等不同级别的存储器，更是深入地解释了它们之间的性能差异，以及缓存是如何利用程序的局部性原理，来减少CPU对主内存的访问次数，从而提升整体的运行效率。这种将硬件的物理结构与性能表现紧密结合的讲解方式，让我对计算机的整体设计有了更宏观的理解。