数字电路与系统课程精粹与题解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:四川大学出版社

作者:赵刚

出品人:

页数:325 页

译者:

出版时间:2008年

价格:35.0

装帧:其他

isbn号码:9787561439708

丛书系列:

图书标签:

• 数字电路
• 数字系统
• 电路分析
• 逻辑设计
• VHDL
• Verilog
• 考研
• 复习
• 题解
• 精粹

《计算机组成原理：从硬件到软件的架构透视》 前言 在信息技术飞速发展的今天，计算机已成为我们生活中不可或缺的工具。然而，支撑起这强大功能的基石，正是计算机的底层架构和工作原理。本书旨在深入浅出地剖析计算机的“骨骼”与“神经系统”，带领读者从最基础的逻辑门出发，逐步构建起对现代计算机系统全面而深刻的理解。我们不满足于停留在表面的应用层面，而是致力于揭示硬件与软件如何协同工作，共同实现高效的数据处理与信息交互。 第一部分：数字逻辑基础与信息表示 本部分是理解计算机系统的起点。我们将从最基本的布尔代数和逻辑运算入手，详细阐述与、或、非、异或等基本逻辑门的功能、真值表及其在数字电路中的应用。随后，我们将介绍如何利用这些基本门构建更复杂的组合逻辑电路，如加法器、多路选择器（MUX）和译码器。 重点内容包括： 布尔代数与最小化： 运用卡诺图（Karnaugh Map）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）方法对复杂逻辑表达式进行化简，这是设计高效硬件电路的关键技能。 存储元件： 介绍基本的时序逻辑电路，包括锁存器（Latches）与触发器（Flip-Flops）（如RS、D、JK、T触发器），理解它们如何实现信息的暂时存储。 数制系统： 详尽讲解二进制、八进制、十六进制之间的转换，以及定点数和浮点数的表示方法。特别关注IEEE 754 浮点标准，解析单精度和双精度数的结构、偏置、尾数和符号位的含义，这是理解程序中数值计算精度的基础。 数据编码： 探讨字符编码（如ASCII、Unicode）和错误检测与纠正码（如奇偶校验码、汉明码）的工作原理，确保数据传输的可靠性。 第二部分：中央处理单元（CPU）的构建与执行 CPU是计算机的心脏，本部分将聚焦于指令的获取、解码、执行和写回过程。我们将详细分析CPU的内部结构，包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器组。 算术逻辑单元（ALU）： 深入剖析ALU如何执行加法、减法（通过补码运算）、逻辑运算和位移操作。我们将展示一个完整的加法器（如全加器）是如何通过逻辑门搭建起来的。 控制单元（CU）与指令周期： 阐述指令周期的五个阶段（取指、译码、执行、访存、写回），并详细介绍硬布线控制和微程序控制两种实现方式的优劣。 指令集架构（ISA）： 以典型的精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）为例，对比指令格式、寻址模式（立即数、寄存器、直接/间接寻址）的设计哲学。理解不同指令如何映射到底层硬件操作。 流水线技术： 介绍指令流水线（Pipeline）的概念，如五个阶段的经典流水线模型。探讨流水线带来的加速效应以及必须解决的数据冒险、控制冒险和结构冒险问题，以及相应的解决方案（如转发/旁路、分支预测）。 第三部分：存储系统层次结构 现代计算机的性能瓶颈往往在于存储。本部分系统地梳理了从高速缓存到大容量存储器的整个存储体系结构。 存储器基础： 区分易失性存储器（SRAM、DRAM）和非易失性存储器（ROM、Flash）。深入解析DRAM的工作原理、刷新机制及其对系统性能的影响。 Cache 工作原理： 重点解析高速缓存（Cache）的结构、工作模式和性能指标。详细讲解映射方式（直接映射、全相联、组相联），块的替换策略（先进先出FIFO、最近最少使用LRU）以及写操作策略（写直达、写回）。理解缓存命中率如何直接决定程序的实际运行速度。 虚拟存储器： 阐述虚拟内存的概念，它如何通过内存管理单元（MMU）将程序逻辑地址空间映射到物理地址空间。深入探讨分页（Paging）机制，包括页表结构和TLB（转换后援缓冲器）的作用，这是操作系统与硬件紧密协作的关键领域。 第四部分：输入/输出（I/O）系统与总线结构 数据如何在CPU、内存和外部设备之间高效传输，是系统集成的重要环节。 总线结构： 介绍系统总线的三大组成部分：地址总线、数据总线和控制总线。分析同步总线和异步总线的仲裁机制。 I/O 接口： 讲解设备驱动程序的角色，以及程序控制、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）三种主要的I/O数据传输方式。特别强调DMA如何解放CPU，使其能专注于复杂的计算任务。 中断系统： 详细解析中断请求（IRQ）的产生、中断向量表、中断的优先级和嵌套处理过程，理解中断是如何实现高效的外部事件响应。 第五部分：系统级应用与性能评估 本部分将理论知识应用于实际性能分析和系统优化。 性能度量： 介绍衡量计算机性能的关键指标，如MIPS、FLOPS、CPI（每条指令的周期数）和时钟频率。运用“平均指令执行时间 = CPU时钟周期时间 × CPI × 指令数量”等公式进行量化分析。 功耗与散热： 探讨现代处理器设计中功耗管理的重要性，以及动态电压与频率调整（DVFS）等技术在降低能耗方面的应用。 多处理器与并行性： 简要介绍多核处理器、缓存一致性协议（如MESI）的基本概念，为理解现代并行计算架构打下基础。 结语 本书力求构建一个从晶体管级逻辑门到完整系统架构的知识闭环。通过对每一层级的细致剖析，读者不仅能掌握计算机的“是什么”，更能理解其“为什么这样设计”。这种对底层原理的深刻洞察，将极大地提升读者在软件优化、系统调试以及未来技术创新方面的能力。掌握了这些核心概念，您便拥有了驾驭复杂计算系统的坚实基础。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，那种深沉的蓝色调，配上醒目的白色标题，立刻就捕捉住了我的注意力。我通常对技术类的书籍不太抱有太高的期待，总觉得它们要么过于晦涩难懂，要么就是内容陈旧，缺乏创新。然而，当我翻开这本《数字电路与系统课程精粹与题解》时，我感觉找到了一个宝藏。排版清晰，图文并茂，即便是复杂的逻辑图也能清晰地展示出来。我尤其欣赏它在概念引入部分的处理方式，不像有些教材那样生硬地抛出公式，而是通过实际的应用场景来引导读者理解，这种循序渐进的教学方法，极大地降低了学习门槛。特别是对于初学者来说，这本书的结构简直是量身定制的，它没有试图塞给你所有已知的知识点，而是专注于提炼出最核心、最实用的部分，确保读者能够牢固掌握基础，为后续深入学习打下坚实的基础。这种“少而精”的理念，在当今信息爆炸的时代显得尤为珍贵。

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从实际应用的角度来看，这本书的实用性非常强，它完美地架设了理论与实践之间的桥梁。书中穿插了一些关于可编程逻辑器件（PLD）和FPGA设计的简要介绍，虽然篇幅不长，但切中了当前电子设计领域的热点。它没有像某些书那样陷入到具体的硬件描述语言（HDL）的细节中去，而是从底层逻辑层面解释了如何将抽象的逻辑功能映射到实际的硬件结构上。这对于我理解现代数字系统的工作原理至关重要。举个例子，当我在阅读关于流水线设计的那一章时，书中将理论上的性能提升与实际的延迟和资源占用进行了关联分析，这种“硬核”的实在感，是其他偏重理论的书籍所无法比拟的。我甚至根据书中的一个设计范例，尝试在自己的实验板上复现了一个简单的计数器，整个过程非常顺畅。

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不得不提的是这本书的“题解”部分，这才是真正体现其价值的地方。市面上很多参考书的习题和解答往往是简单地套用公式，缺乏对解题思路的剖析。然而，这本《数字电路与系统课程精粹与题解》的题解部分，堪称典范。它不仅仅给出了正确的答案，更重要的是，它详细拆解了每一步的逻辑推导过程。对于那些看起来复杂的综合性题目，作者会先归纳出需要用到的核心概念，然后有条不紊地应用这些概念，每一步的过渡都衔接得非常自然。我特别喜欢它为一些经典难题提供的多种解法，这极大地拓宽了我的思路，让我意识到在数字电路设计中，往往没有唯一的“最优解”，而是在特定约束下进行权衡和选择。通过反复研究这些解析，我感觉自己的“工程直觉”得到了显著的提升。

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深入阅读后，我发现这本书在理论阐述上的深度和广度都超出了我的预期。它不仅仅停留在教科书式的知识点罗列，而是真正地将“精粹”二字体现在每一个章节中。比如在讲解时序逻辑电路时，作者没有仅仅给出状态图和状态表，而是详细分析了不同设计方法之间的权衡，例如如何平衡资源消耗和系统速度。这种对设计思想的探讨，远比单纯的公式推导来得有价值。我记得有一次，我被一个关于异步电路的竞态问题困扰了很久，网上的资料众说纷纭，但这本书里提供的分析框架，让我豁然开朗。它用一种非常直观的方式解释了毛刺的产生机制以及如何通过同步化设计来规避风险。这种深刻的洞察力，绝对是资深工程师才能写出来的东西，读起来让人感觉像是得到了一位经验丰富的前辈的悉心指导。

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总而言之，这本书带给我的感觉与其说是一本教材，不如说是一本精心编纂的“工具书”和“思想导引手册”。它的语言风格简洁有力，没有过多冗余的修饰，每一个句子都似乎在传递着重要的信息。在阅读过程中，我发现自己对数字系统设计的信心有了极大的增强，不再惧怕那些看似高深莫测的组合电路和时序电路问题。更重要的是，它培养了一种严谨的、系统性的分析问题的思维方式。这本书的作者显然是站在一个非常高的视角来审视整个学科的，能够精准地抓住哪些是需要深入钻研的“精粹”，哪些是可以通过查阅资料快速掌握的“辅助信息”。对于任何希望在数字电子领域扎下深厚根基的学习者或工程师而言，这本书都应该被放置在案头，时不时地拿出来翻阅和印证，其价值会随着经验的积累而愈发凸显。

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