基于EDA技术的计算机组成原理实验

基于EDA技术的计算机组成原理实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:方恺晴
出品人:
页数:285
译者:
出版时间:2006-12
价格:36.00元
装帧:
isbn号码:9787811131352
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机
  • 计算机组成原理
  • EDA
  • 实验
  • 数字逻辑
  • Verilog
  • FPGA
  • Quartus
  • 教学
  • 实践
  • 电子工程
  • 硬件设计
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具体描述

《基于EDA技术的计算机组成原理实验》是计算机组成原理实验教材,指导学生完成计算机组成原理的一系列实验,包括CPU的设计与实现,共分三编。上编:实验软、硬件环境介绍(MAX+PLUSⅡ,QUARTUSⅡ,基于EDA技术的数字系统设计开发平台DDA_I,DDA_Ⅲ以及测试工具逻辑分析仪);中编:主要介绍以一个模型机为基础,采用最新的EDA技术,利用湖南大学计算机与通信学院老师研制的数字系统设计平台开发的17个计算机组成原理实验。其中模型机CPU的设计与实现采用了微程序控制(直接给出控制信号、垂直微代码)、硬联线、硬件描述语言等四种方法。下编:计算机组成原理课程设计。

此套实验的安排由浅入深,相对完整,且移植性强,稍做改动就能用于其他的EDA开发环境和实验平台。《基于EDA技术的计算机组成原理实验》适合于大学本科的计算机、电子、通信、信息等专业实践环节的教学。

《数字逻辑与计算机体系结构:从基础到实践》 内容概要: 本书旨在为读者构建坚实的数字逻辑基础,并以此为跳板,深入探索现代计算机的内在工作原理。全书内容编排清晰,逻辑严谨,循序渐进,力求让每一位读者都能深刻理解计算机体系结构的设计思想和实现细节。 第一部分:数字逻辑基础 本部分将从最基本的数字逻辑门开始,系统介绍逻辑运算、布尔代数以及各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计与分析。 第一章:数字信号与逻辑门 介绍数字信号的特性、二进制数制及其运算。 详细讲解基本逻辑门(AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR)的功能、逻辑符号和真值表。 阐述TTL和CMOS等主要集成电路工艺的特点和应用。 第二章:布尔代数与逻辑化简 深入讲解布尔代数的基本公理和定理,以及逻辑函数的表示方法(真值表、逻辑表达式)。 介绍卡诺图(Karnaugh Map)等方法,用于化简逻辑表达式,实现最简逻辑电路。 探讨代数化简法和排除法在逻辑设计中的应用。 第三章:组合逻辑电路 讲解各种常用的组合逻辑电路,包括编码器、译码器、多路选择器、数据分配器、加法器、减法器、比较器等。 通过实例展示这些电路在数据选择、算术运算等方面的功能和应用。 介绍触发器(Flip-Flop)和寄存器(Register)的基本概念,为时序逻辑电路奠定基础。 第四章:时序逻辑电路 详细介绍时序逻辑电路的基本组成单元,如触发器(SR, JK, D, T触发器)。 讲解状态图、状态表和状态方程,用于设计和分析有限状态机(FSM)。 介绍同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的区别和设计要点。 分析移位寄存器、计数器(同步计数器、异步计数器)等常用时序逻辑电路的设计原理和应用。 第二部分:计算机体系结构核心 在建立起数字逻辑的坚实基础后,本部分将带领读者走进计算机的核心,揭示指令集、CPU结构、存储系统和输入输出等关键组成部分的运作机制。 第五章:指令集体系结构(ISA) 介绍指令集的概念,以及操作码、地址码、寻址方式等指令基本格式。 分析RISC(精简指令集计算机)和CISC(复杂指令集计算机)的特点、优缺点和发展趋势。 深入探讨各种寻址方式(立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、变址寻址等)的设计及其对程序性能的影响。 第六章:中央处理器(CPU)设计 介绍CPU的组成结构,包括运算器(ALU)、控制器(CU)和寄存器组。 详细讲解CPU的工作原理,包括指令取指、指令译码、指令执行、写回等指令周期。 分析单周期CPU、多周期CPU和流水线CPU的设计思想,以及流水线技术在提高CPU性能方面的作用。 探讨中断和异常处理机制,确保CPU在异常情况下的稳定运行。 第七章:存储器系统 介绍存储器的分类,包括主存储器(RAM, ROM)、高速缓存(Cache)和辅助存储器(硬盘、固态硬盘)。 深入分析Cache的工作原理,如Cache的结构(直接映射、组相联、全相联)、写策略(写回、写通)和替换策略(LRU、FIFO)。 探讨虚拟存储器概念,包括页式存储管理和段式存储管理。 简述存储器层次结构对计算机整体性能的提升作用。 第八章:输入/输出(I/O)系统 介绍I/O设备的基本类型和特点。 讲解I/O数据传输的方式,如程序查询方式、中断方式和DMA(直接内存访问)方式。 分析I/O接口的设计,包括端口映射方式和存储器映射方式。 探讨总线结构,包括同步总线和异步总线。 第三部分:实践与进阶 本部分将结合实际应用,引导读者将理论知识付诸实践,并触及更高级的计算机系统设计概念。 第九章:硬件描述语言(HDL)入门 介绍Verilog HDL和VHDL等主流硬件描述语言的基本语法和特性。 演示如何使用HDL来描述组合逻辑和时序逻辑电路,包括门级建模、数据流建模和行为级建模。 通过实例展示如何利用HDL进行电路仿真和验证。 第十章:FPGA与ASIC设计流程 介绍FPGA(现场可编程门阵列)和ASIC(专用集成电路)的概念及其在硬件设计中的地位。 阐述从HDL代码到最终硬件实现的完整设计流程,包括综合、布局布线和时序分析。 提供使用FPGA开发板进行简单硬件设计的指导,帮助读者将理论转化为实际作品。 第十一章:高性能计算与现代体系结构趋势 简要介绍并行处理、多核处理器和GPU(图形处理器)等高性能计算技术。 探讨现代计算机体系结构的发展趋势,如乱序执行、超标量技术、向量处理等。 展望未来计算机体系结构可能的发展方向,如异构计算、量子计算等。 本书特色: 系统性与前瞻性兼备: 从数字逻辑基础到复杂体系结构,内容全面且深入,同时涵盖了前沿的计算机技术发展趋势。 理论与实践紧密结合: 理论讲解清晰易懂,并辅以大量实例和代码示例,便于读者理解和掌握。 面向读者广泛: 无论您是计算机科学与技术、电子工程等相关专业的学生,还是对计算机底层运作机制充满好奇的爱好者,本书都将是您的理想选择。 语言风格平实: 避免使用过于晦涩的专业术语,力求用最清晰、最准确的语言来阐释复杂的概念。 《数字逻辑与计算机体系结构:从基础到实践》 将帮助您拨开计算机的神秘面纱,掌握构建和理解现代数字世界的关键知识。

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用户评价

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这本书的语言风格非常鲜明,带着一种老派工程师特有的严谨和一丝不苟,但又巧妙地避免了过度学术化带来的疏离感。它更像是一本年代久远的珍贵笔记,每一页都写满了作者对这门学科的深刻理解和反复打磨。我尤其欣赏作者在定义复杂术语时所采用的“溯源法”。例如,在解释内存地址映射时,作者先回顾了早期的磁鼓存储器,再引申到页表机制的诞生,使得地址转换的必要性不再是一个凭空出现的概念,而是历史发展的必然结果。 在内容组织上,这本书的创新之处在于它对“中断与异常处理”的详尽阐述。通常,这部分内容在其他书籍中常常被一笔带过,被视为操作系统范畴的边缘知识。然而,这本书却把它放在了一个非常核心的位置进行深入剖析,详细讲解了上下文的保存与恢复过程,以及中断向量表的查找机制。我通过仔细研读这部分内容,才真正理解了为什么应用程序的崩溃会导致整个系统的停机,以及硬件是如何保证代码执行流程的正确性的。 纸张的韧性和印刷质量也反映了出版方的用心。书页不易撕扯,即使经常翻阅查找特定内容,也不会轻易损坏。这种注重细节的态度,也潜移默化地影响了我的阅读习惯,让我更加珍惜书中的每一句话。这本书的排版也很有设计感,关键公式和代码示例都用不同的字体和背景色进行了区分,使得信息层次非常清晰,有助于快速定位和记忆核心要点。 这本书的结构逻辑非常适合自学。它没有将大量的先决知识强行放在前置章节,而是采用了一种“即用即学”的策略。比如,在讲解流水线技术时,如果涉及到特定的数据冒险问题,作者会立即插入一个简短的“知识点补充”模块来解释如何利用转发通路解决该问题,而不是要求读者先去读完一整章关于数据冒险的理论。这种片段化、聚焦式的知识点讲解,极大地提高了学习的效率和兴趣保持度。 总而言之,这本书是一部体系完整、讲解深入的力作。它不仅提供了“是什么”的答案,更重要的是教会了读者“为什么会这样”的思考路径。它对于那些不满足于停留在应用层软件开发,渴望探究计算机“灵魂”的读者来说,无疑是一剂强心针。我敢断言,认真研读完这本书,你会对“计算机科学”这四个字产生全新的、更加敬畏的理解。

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这本书的开本设计非常人性化,适中的尺寸使得我可以轻松地将其放入日常携带的背包中,即便是通勤路上也能随时拿出来翻阅,这对于碎片化学习时间非常宝贵的人来说,是一个实实在在的优点。内页的装帧采用了线装加胶装的混合方式,保证了书本在完全摊开时,书脊不会过度受力而损坏,这对于需要对照不同章节进行学习的用户体验极佳。 作者在处理“指令系统设计”这一关键章节时,采用了非常巧妙的案例驱动教学法。他没有采用纯粹的理论推导,而是选择了一种具有代表性的、简化后的RISC指令集作为贯穿始终的例子。从最初的ADD、SUB指令,到复杂的LOAD/STORE多周期执行,读者可以始终围绕这套指令集来理解数据通路、控制单元和指令编码之间的复杂交互关系。这种一致性的案例,使得不同知识点之间的关联性非常明确。 我特别赞赏书中对于“数据表示”部分的深入探讨。它不仅涵盖了我们熟悉的定点数和浮点数(IEEE 754标准),还用相当的篇幅讲解了定点数的溢出检测和如何安全地进行数据类型转换。这些在实际编程中经常被忽略的“边界情况”,在这本书中得到了详尽的论述,体现了作者对工程实践细节的极致关注。这对我纠正过去一些关于数据精度认知的误区帮助极大。 这本书的行文风格介于严谨的学术论文和亲切的导师讲解之间,非常具有亲和力。例如,在解释复杂的时序控制逻辑时,作者会时不时地穿插一些带有幽默感的旁注,比如“如果你在这里感到困惑,恭喜你,你已经走在了正确的学习道路上,因为连设计者本人在初期也经常搞混它们!”这种人性化的处理,极大地缓解了学习硬核技术时的焦虑感。 总而言之,这本书不仅仅是一本教科书,更像是一份精心策划的学习路线图。它的每一个章节都像是一个精心设计的站点,引导读者按部就班地探索计算机世界的底层奥秘。无论你是希望打下一个坚实理论基础的学生,还是希望回顾和查漏补缺的资深开发者,这本书都能提供超出预期的价值。它的每一个细节,都体现了对读者学习体验的深切关怀。

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这本书的封面设计采用了一种极其克制的灰度美学,那种低饱和度的色彩配合精准的几何图形,透露出一种沉静而强大的内在力量,暗示了内容的硬核本质。我是在一个技术论坛上偶然看到有人推荐这本书的,当时很多人评价其“对存储器系统的讲解是教科书级别的”。抱着将信将疑的态度翻开后,我发现这个评价丝毫不夸张。 作者在描述内存访问的性能优化时,展现出了惊人的洞察力。他没有泛泛而谈“局部性原理”,而是将L1、L2、L3缓存的结构、延迟以及工作原理,通过一个精细的、分层的三维模型图清晰地展示出来。更让我佩服的是,作者不仅解释了硬件如何工作,还深入分析了编译器如何通过指令重排和循环展开等技术来“讨好”CPU缓存,从而最大化程序的执行效率。这种软硬结合的视角,是其他同类书籍所缺乏的。 我发现这本书的另一独特之处在于其对“硬件描述语言(HDL)”的介绍。虽然这本书并非专门的HDL教材,但作者却极其务实地引入了Verilog的基本语法,并用它来描述一个简单的加法器和多路选择器。这种做法的意义在于,它让读者得以亲手“雕刻”出抽象的逻辑电路,使得对组合逻辑和时序逻辑的理解从纸面上的布尔代数,直接跃升到了可实现的硬件层面。对于希望向FPGA或ASIC设计领域发展的读者来说,这无疑是一个绝佳的敲门砖。 阅读这本书的过程,让我对“抽象层次”有了更深刻的体会。作者总是在不同的抽象层次之间自如地切换。上一页还在讨论晶体管的阈值电压对延迟的影响,下一页就已经转到了高级语言的函数调用栈是如何在硬件栈帧中实现的。这种流畅的跨层级叙事,极大地拓宽了我对整个计算系统的认知边界,让我明白任何软件的优雅,最终都必须建立在扎实的硬件基础之上。 从整体质量上看,这本书的排版极其干净利落,几乎找不到任何印刷错误。字体选择偏向于高对比度的无衬线体,非常适合长时间的文本密集型阅读。对于那些渴望建立起一套完整、无漏洞的计算机组成原理知识体系的专业人士和学生而言,这本书无疑是一部值得反复研读的经典之作,它提供的不仅仅是知识点,更是一种系统工程的思维框架。

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这本书的装帧质量堪称一流,纸张选用的是那种略带哑光质感的铜版纸,使得印刷的线条和图形都清晰锐利,长时间阅读眼睛也不会感到特别疲劳。从目录结构上看,作者显然是下了苦功进行逻辑梳理的。它遵循了标准的自底向上原则,从最基础的二进制表示和逻辑电路讲起,逐步过渡到指令集架构、存储器管理,最后才触及操作系统与硬件交互的层面。这种层层递进的结构,极大地照顾了那些第一次接触这门学科的读者。 我尤其要提一下书中对“时序逻辑电路”那一章节的处理。很多教材处理这部分内容时,往往会陷入真值表和卡诺图的海洋,让人望而生畏。然而,这本书非常巧妙地引入了“状态机”的概念,用更直观的图示来描述触发器和寄存器的状态转换。我花了很长时间才理解的锁存器和触发器之间的微妙区别,竟然在这本书里被一个精妙的时钟信号示意图瞬间点亮。这种可视化教学,简直是为我这种“视觉学习者”量身定做的。 深入阅读后,我发现这本书的价值远超出了大学教材的范畴。作者在讨论指令集设计时,没有停留在经典的冯·诺依曼架构的描述上,而是花了大篇幅对比了RISC和CISC的设计哲学及其对现代编译器的影响。这种宏观视野的培养,让我意识到,计算机组成原理的学习绝不是孤立的硬件知识,而是与软件工程实践紧密相关的。对于那些希望未来从事嵌入式开发或者高性能计算领域的朋友来说,这种辩证的分析角度非常宝贵。 另一个让我印象深刻的特点是书中附带的那些精心设计的“思考题”。它们不像传统习题那样只是简单地计算或背诵定义,而是引导你进行深入的推理和设计。例如,有一个题目要求设计一个简化的Cache替换策略,并分析不同策略下的命中率变化。这类问题迫使读者必须将书本知识融会贯通,并运用到实际的“设计”场景中去。这真正体现了“做中学”的教育理念,极大地提升了知识的内化程度。 综合来看,这本书在保证专业深度的同时,成功地做到了极强的可读性和实践指导性。它仿佛一座坚实的桥梁,连接了晦涩的电子工程理论与我们日常可见的计算世界。我强烈推荐给那些对“计算机是如何思考的”这一终极问题感到好奇的求知者。它提供的知识体系是如此的坚固和完整,足以成为你未来技术探索的可靠基石。

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这本书的封面设计得非常引人注目,那种深邃的蓝色调,配上简约而富有科技感的字体,一下子就把我拉进了计算机世界的奇妙旅程。我一直对计算机底层运行的原理充满好奇,但传统的教材往往枯燥乏味,充满了晦涩难懂的术语。然而,这本读物在内容编排上,明显下了不少功夫。它没有急于灌输复杂的逻辑门和汇编指令,而是选择了一条更贴近实践的学习路径。 我特别欣赏作者在引入新概念时的细腻处理。比如,在讲解CPU的结构时,作者并没有直接抛出寄存器和ALU的定义,而是通过一个生动的“工厂流水线”的比喻,将指令的取指、译码、执行过程形象化了。这种教学方法极大地降低了初学者的入门门槛。书中穿插了大量的图示和流程图,使得原本抽象的概念变得触手可及。阅读过程中,我感觉自己不是在啃教材,而是在和一位经验丰富的工程师进行面对面的交流,他总能用最通俗易懂的方式,把我带入问题的核心。 这本书的深度和广度也令人称道。它不仅涵盖了计算机组成原理的基础知识,例如存储器层次结构、I/O控制方式,更在一些前沿领域有所涉猎。我惊喜地发现,作者在介绍现代多核处理器的缓存一致性问题时,讲解得相当透彻,甚至提到了最新的内存一致性模型。这说明作者的知识体系非常扎实,能够紧跟技术发展的脉搏。对于我这样希望未来从事底层软件开发的人来说,这种前瞻性的内容无疑是巨大的财富。 阅读体验上的流畅性也是这本书的一大亮点。作者的文字功底非常扎实,叙事节奏把握得恰到好处。不会像有些技术书籍那样,在某一个知识点上纠缠过久,导致阅读疲劳;也不会因为追求简洁而跳过关键的推导过程。每当我觉得快要遗忘前一个知识点时,作者总能巧妙地通过一个小的回顾或者引申,将知识点串联起来,形成一个完整的知识网络。这种行云流水的阅读体验,让我能够保持高度的专注力,直到最后一页。 总而言之,这是一本真正意义上的“工具书”与“启蒙书”的完美结合体。它不仅仅是考试的参考资料,更是一本能激发学习热情的指南。通过这本书,我不仅巩固了已有的概念,更重要的是,培养了一种“自下而上”的系统思维能力。我开始学会从最基本的0和1出发,去理解我们日常使用的所有软件和服务是如何被构建起来的。对于任何想要深入理解计算机科学核心奥秘的读者来说,这本书都绝对值得入手,它带来的不仅仅是知识,更是一种思维方式的重塑。

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