数字逻辑设计与计算机组成

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。
【目录】
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