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本書以一種流行的方式介紹了從計(jì)算機(jī)組織和設(shè)計(jì)到更細(xì)節(jié)層次的內(nèi)容，涵蓋了數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，展示了使用VHDL和Verilog這兩種主要硬件描述語言設(shè)計(jì)MIPS處理器的技術(shù)細(xì)節(jié)，并通過MIPS微處理器的設(shè)計(jì)強(qiáng)化數(shù)字邏輯的概念。本書的典型特色是將數(shù)字邏輯和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)融合，教學(xué)內(nèi)容反映了當(dāng)前數(shù)字電路設(shè)計(jì)的主流方法，并突出計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的工程特點(diǎn)，書中的大量示例及習(xí)題也可以加強(qiáng)讀者對(duì)基本概念和技術(shù)的理解和記憶。

目錄

Digital Design and Computer Architecture,Second Edition

出版者的話

譯者序

本書贊譽(yù)

前言

第1章二進(jìn)制1

11課程計(jì)劃1

12控制復(fù)雜性的藝術(shù)1

121抽象1

122約束2

123三Y原則3

13數(shù)字抽象3

14數(shù)制4

141十進(jìn)制數(shù)4

142二進(jìn)制數(shù)5

143十六進(jìn)制數(shù)6

144字節(jié)、半字節(jié)和全字7

145二進(jìn)制加法8

146有符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)8

15邏輯門10

151非門11

152緩沖器11

153與門11

154或門11

155其他兩輸入邏輯門11

156多輸入門12

16數(shù)字抽象13

161電源電壓13

162邏輯電平13

163噪聲容限13

164直流電壓傳輸特性14

165靜態(tài)約束15

17CMOS晶體管*16

171半導(dǎo)體16

172二極管17

173電容17

174nMOS和pMOS晶體管17

175CMOS非門19

176其他CMOS邏輯門19

177傳輸門20

178類nMOS邏輯20

18功耗*21

19總結(jié)和展望22

習(xí)題22

面試問題28

第2章組合邏輯設(shè)計(jì)29

21引言29

22布爾表達(dá)式31

221術(shù)語31

222與或式31

223或與式32

23布爾代數(shù)33

231公理33

232單變量定理33

233多變量定理34

234定理的統(tǒng)一證明方法35

235等式化簡(jiǎn)36

24從邏輯到門37

25多級(jí)組合邏輯39

251減少硬件39

252推氣泡40

26X和Z41

261非法值X41

262浮空值Z41

27卡諾圖42

271畫圈的原理43

272卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯44

273無關(guān)項(xiàng)46

274小結(jié)47

28組合邏輯模塊47

281復(fù)用器47

282譯碼器50

29時(shí)序51

291傳播延遲和最小延遲51

292毛刺54

210總結(jié)55

習(xí)題55

面試問題60

第3章時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)61

31引言61

32鎖存器和觸發(fā)器61

321SR鎖存器62

322D鎖存器63

323D觸發(fā)器64

324寄存器64

325帶使能端的觸發(fā)器65

326帶復(fù)位功能的觸發(fā)器65

327晶體管級(jí)鎖存器和觸發(fā)器的設(shè)計(jì)*66

328小結(jié)66

33同步邏輯設(shè)計(jì)67

331一些有問題的電路67

332同步時(shí)序電路68

333同步電路和異步電路70

34有限狀態(tài)機(jī)70

341有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例70

342狀態(tài)編碼74

343Moore型狀態(tài)機(jī)和Mealy型狀態(tài)機(jī)76

344狀態(tài)機(jī)的分解79

345由電路圖導(dǎo)出狀態(tài)機(jī)80

346有限狀態(tài)機(jī)小結(jié)82

35時(shí)序邏輯的時(shí)序82

351動(dòng)態(tài)約束83

352系統(tǒng)時(shí)序83

353時(shí)鐘偏移*87

354亞穩(wěn)態(tài)88

355同步器89

356分辨時(shí)間的推導(dǎo)*90

36并行92

37總結(jié)94

習(xí)題95

面試問題100

第4章硬件描述語言101

41引言101

411模塊101

412硬件描述語言的起源101

413模擬和綜合102

42組合邏輯104

421位運(yùn)算符104

422注釋和空白104

423縮位運(yùn)算符106

424條件賦值106

425內(nèi)部變量106

426優(yōu)先級(jí)109

427數(shù)字109

428Z和X110

429位混合111

4210延遲112

43結(jié)構(gòu)化建模113

44時(shí)序邏輯115

441寄存器115

442復(fù)位寄存器115

443帶使能端的寄存器116

444多寄存器116

445鎖存器119

45更多組合邏輯119

451case語句120

452if語句122

453帶有無關(guān)項(xiàng)的真值表122

454阻塞賦值和非阻塞賦值124

46有限狀態(tài)機(jī)127

47數(shù)據(jù)類型*130

471SystemVerilog130

472VHDL131

48參數(shù)化模塊*133

49測(cè)試程序135

410總結(jié)138

習(xí)題138

面試問題145

第5章數(shù)字模塊146

51引言146

52算術(shù)電路146

521加法146

522減法151

523比較器152

524算術(shù)邏輯單元153

525移位器和循環(huán)移位器154

526乘法*155

527除法*156

528補(bǔ)充閱讀156

53數(shù)制157

531定點(diǎn)數(shù)157

532浮點(diǎn)數(shù)*157

54時(shí)序電路模塊160

541計(jì)數(shù)器160

542移位寄存器160

55存儲(chǔ)器陣列162

551概述162

552動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器164

553靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器165

554面積和延遲165

555寄存器文件165

556只讀存儲(chǔ)器165

557使用存儲(chǔ)器陣列的邏輯167

558存儲(chǔ)器HDL167

56邏輯陣列168

561可編程邏輯陣列169

562現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列169

563陣列實(shí)現(xiàn)*173

57總結(jié)174

習(xí)題174

面試問題180

第6章體系結(jié)構(gòu)181

61引言181

62匯編語言182

621指令182

622操作數(shù)：寄存器、存儲(chǔ)器和常數(shù)183

63機(jī)器語言187

631R類型指令187

632l類型指令188

633J類型指令189

634解釋機(jī)器語言代碼189

635存儲(chǔ)程序189

64編程190

641算術(shù)/邏輯指令190

642分支193

643條件語句194

644循環(huán)195

645數(shù)組197

646函數(shù)調(diào)用200

65尋址方式206

66編譯、匯編和裝入208

661內(nèi)存映射208

662轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼和開始執(zhí)行程序209

67其他主題*211

671偽指令211

672異常212

673有符號(hào)指令和無符號(hào)指令212

674浮點(diǎn)指令213

68從現(xiàn)實(shí)世界看：x86結(jié)構(gòu)*214

681x86寄存器215

682x86操作數(shù)215

683狀態(tài)標(biāo)志216

684x86指令集216

685x86指令編碼218

686x86的其他特性219

687小結(jié)219

69總結(jié)219

習(xí)題220

面試問題227

第7章微體系結(jié)構(gòu)228

71引言228

711體系結(jié)構(gòu)狀態(tài)和指令集228

712設(shè)計(jì)過程229

713MIPS微體系結(jié)構(gòu)230

72性能分析230

73單周期處理器231

731單周期數(shù)據(jù)路徑231

732單周期控制235

733更多指令237

734性能分析239

74多周期處理器240

741多周期數(shù)據(jù)路徑240

742多周期控制244

743更多指令252

744性能分析254

75流水線處理器255

751流水線數(shù)據(jù)路徑257

752流水線控制258

753沖突258

754更多指令269

755性能分析269

76硬件描述語言表示*270

761單周期處理器270

762通用模塊274

763基準(zhǔn)測(cè)試程序276

77異常*279

78高級(jí)微體系結(jié)構(gòu)*281

781深流水線282

782分支預(yù)測(cè)282

783超標(biāo)量處理器284

784亂序處理器285

785寄存器重命名287

786單指令流多數(shù)據(jù)288

787多線程288

788同構(gòu)多處理器289

789異構(gòu)多處理器289

79從現(xiàn)實(shí)世界看：x86微體系結(jié)構(gòu)*290

710總結(jié)295

習(xí)題296

面試問題300

第8章存儲(chǔ)器和輸入/輸出系統(tǒng)301

81引言301

82存儲(chǔ)器系統(tǒng)性能分析304

83高速緩存305

831高速緩存中存放的數(shù)據(jù)305

832高速緩存中的數(shù)據(jù)查找305

833數(shù)據(jù)的替換311

834高級(jí)高速緩存設(shè)計(jì)*312

835MIPS高速緩存的發(fā)展*314

84虛擬存儲(chǔ)器315

841地址轉(zhuǎn)換316

842頁表317

843轉(zhuǎn)換后備緩沖器318

844存儲(chǔ)器保護(hù)319

845替換策略*319

846多級(jí)頁表*319

85I/O簡(jiǎn)介321

86嵌入式I/O系統(tǒng)322

861PIC32MX675F512H微控制器322

862通用數(shù)字I/O326

863串行I/O328

864計(jì)時(shí)器336

865中斷337

866模擬I/O339

867其他微控制器外設(shè)343

87PC I/O系統(tǒng)358

871USB359

872PCI和PCI Express360

873DDR3內(nèi)存360

874網(wǎng)絡(luò)360

875SATA361

876連接到PC361

88從現(xiàn)實(shí)世界看：x86存儲(chǔ)器和I/O系統(tǒng)*363

881x86高速緩存系統(tǒng)363

882x86虛擬存儲(chǔ)器364

883x86可編程I/O365

89總結(jié)365

后記365

習(xí)題365

面試問題371

附錄A數(shù)字系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)372

附錄BMIPS指令396

附錄CC語言編程400

附錄DMIPS處理器的FPGA實(shí)現(xiàn)433

補(bǔ)充閱讀452

索引454

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