数字设计和计算机体系结构2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

数字设计和计算机体系结构PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 二进制1

1.1 课程计划1

1.2 控制复杂性的艺术1

1.2.1 抽象1

1.2.2 约束2

1.2.3 三条原则3

1.3 数字抽象4

1.4 数字系统5

1.4.1 十进制数5

1.4.2 二进制数5

1.4.3 十六进制数6

1.4.4 字节，半字节和全字8

1.4.5 二进制加法8

1.4.6 有符号的二进制数9

1.5 逻辑门11

1.5.1 非门12

1.5.2 缓冲12

1.5.3 与门12

1.5.4 或门12

1.5.5 其他二输入逻辑门12

1.5.6 多输入门13

1.6 数字抽象之下14

1.6.1 电源电压14

1.6.2 逻辑电平14

1.6.3 噪声容限15

1.6.4 直流电压传输特性15

1.6.5 静态约束16

1.7 CMOS晶体管17

1.7.1 半导体17

1.7.2 二极管18

1.7.3 电容18

1.7.4 nMOS和pMOS晶体管18

1.7.5 CMOS非门20

1.7.6 其他CMOS逻辑门20

1.7.7 传输门22

1.7.8 类nMOS逻辑22

1.8 功耗23

1.9 总结和展望23

习题24

第2章 组合逻辑设计32

2.1 引言32

2.2 布尔表达式34

2.2.1 术语34

2.2.2 与或式34

2.2.3 或与式35

2.3 布尔代数36

2.3.1 公理36

2.3.2 单变量定理36

2.3.3 多变量定理37

2.3.4 定理的统一证明方法39

2.3.5 等式化简39

2.4 从逻辑到门40

2.5 多级组合逻辑42

2.5.1 减少硬件43

2.5.2 推气泡44

2.6 X和Z45

2.6.1 非法值X45

2.6.2 浮空值Z45

2.7 卡诺图46

2.7.1 画圈的原理47

2.7.2 卡诺图化简逻辑48

2.7.3 无关项50

2.7.4 小结51

2.8 组合逻辑模块51

2.8.1 多路选择器51

2.8.2 译码器54

2.9 时序55

2.9.1 传输延迟和最小延迟56

2.9.2 毛刺59

2.10 总结60

习题61

第3章 时序逻辑设计65

3.1 引言65

3.2 锁存器和触发器65

3.2.1 SR锁存器66

3.2.2 D锁存器67

3.2.3 D触发器68

3.2.4 寄存器68

3.2.5 带使能端的触发器69

3.2.6 带复位功能的触发器70

3.2.7 晶体管级的锁存器和触发器设计70

3.2.8 小结71

3.3 同步逻辑设计72

3.3.1 一些有问题的电路72

3.3.2 同步时序电路74

3.3.3 同步和异步电路75

3.4 有限状态机75

3.4.1 有限状态机设计实例75

3.4.2 状态编码79

3.4.3 Moore型状态机和Mealy型状态机82

3.4.4 状态机的分解86

3.4.5 有限状态机小结86

3.5 时序逻辑电路的时序87

3.5.1 动态约束88

3.5.2 系统时序88

3.5.3 时钟偏移92

3.5.4 亚稳态94

3.5.5 同步器95

3.5.6 分辨时间的推导97

3.6 并行99

3.7 总结101

习题102

第4章 硬件描述语言109

4.1 引言109

4.1.1 模块109

4.1.2 硬件描述语言的起源110

4.1.3 模拟和综合111

4.2 组合逻辑112

4.2.1 按位操作符112

4.2.2 注释和空格114

4.2.3 缩减运算符114

4.2.4 条件赋值115

4.2.5 内部变量117

4.2.6 优先级119

4.2.7 数字120

4.2.8 z和x120

4.2.9 位混合122

4.2.10 延迟123

4.2.11 VHDL库和类型124

4.3 结构建模126

4.4 时序逻辑129

4.4.1 寄存器129

4.4.2 可复位寄存器131

4.4.3 带使能端的寄存器132

4.4.4 多寄存器133

4.4.5 锁存器134

4.5 更多组合逻辑135

4.5.1 选择语句137

4.5.2 if语句141

4.5.3 Verilog的casez语句142

4.5.4 阻塞式和非阻塞式赋值142

4.6 有限状态机146

4.7 参数化模块152

4.8 测试程序155

4.9 总结161

习题162

第5章 常见数字模块171

5.1 引言171

5.2 算术电路171

5.2.1 加法171

5.2.2 减法176

5.2.3 比较器177

5.2.4 算术逻辑单元178

5.2.5 移位器和循环移位器179

5.2.6 乘法180

5.2.7 除法181

5.2.8 深入阅读182

5.3 数制系统182

5.3.1 定点数系统183

5.3.2 浮点数系统183

5.4 时序电路模块186

5.4.1 计数器186

5.4.2 移位寄存器187

5.5 存储器阵列190

5.5.1 概述190

5.5.2 动态随机访问存储器192

5.5.3 静态随机访问存储器193

5.5.4 面积和延迟193

5.5.5 寄存器文件193

5.5.6 只读存储器193

5.5.7 使用存储器阵列的逻辑195

5.5.8 存储器的硬件描述语言195

5.6 逻辑阵列197

5.6.1 可编程逻辑阵列197

5.6.2 现场可编程门阵列198

5.6.3 阵列实现202

5.7 总结203

习题203

第6章 体系结构210

6.1 引言210

6.2 汇编语言210

6.2.1 指令211

6.2.2 操作数：寄存器、存储器和常数212

6.3 机器语言216

6.3.1 R-类型指令216

6.3.2 I-类型指令217

6.3.3 J-类型指令218

6.3.4 解释机器语言码218

6.3.5 程序存储219

6.4 编程219

6.4.1 算术／逻辑指令220

6.4.2 分支222

6.4.3 条件语句224

6.4.4 循环225

6.4.5 数组227

6.4.6 过程调用230

6.5 寻址方式236

6.6 编译、汇编和加载238

6.6.1 内存图238

6.6.2 转换成二进制代码和开始执行程序239

6.7 其他主题242

6.7.1 伪指令242

6.7.2 异常242

6.7.3 有符号和无符号的指令243

6.7.4 浮点指令244

6.8 真实世界透视：IA-32结构245

6.8.1 IA-32的寄存器246

6.8.2 IA-32的操作数246

6.8.3 状态标志247

6.8.4 IA-32指令集247

6.8.5 IA-32指令编码249

6.8.6 IA-32的其他特性249

6.8.7 小结250

6.9 总结250

习题251

第7章 微结构258

7.1 引言258

7.1.1 体系结构状态和指令集258

7.1.2 设计过程258

7.1.3 MIPS微结构259

7.2 性能分析260

7.3 单周期处理器261

7.3.1 单周期数据路径261

7.3.2 单周期控制265

7.3.3 更多指令267

7.3.4 性能分析269

7.4 多周期处理器270

7.4.1 多周期数据路径270

7.4.2 多周期控制275

7.4.3 更多指令281

7.4.4 性能分析282

7.5 流水线处理器284

7.5.1 流水线数据路径286

7.5.2 流水线控制288

7.5.3 冲突288

7.5.4 更多指令297

7.5.5 性能分析297

7.6 硬件描述语言表示299

7.6.1 单周期处理器300

7.6.2 通用模块306

7.6.3 测试程序309

7.7 异常313

7.8 高级微结构315

7.8.1 深流水线316

7.8.2 分支预测317

7.8.3 超标量处理器318

7.8.4 乱序处理器319

7.8.5 寄存器重命名321

7.8.6 单指令流多数据流322

7.8.7 多线程323

7.8.8 多处理器323

7.9 现实世界透视：IA-32微结构324

7.10 总结328

习题329

第8章 存储器系统333

8.1 引言333

8.2 存储器系统性能分析335

8.3 高速缓存336

8.3.1 高速缓存中存放的数据337

8.3.2 高速缓存中的数据查找337

8.3.3 数据的替换343

8.3.4 高级高速缓存设计344

8.3.5 MIPS处理器中高速缓存的发展347

8.4 虚拟存储器347

8.4.1 地址转换349

8.4.2 页表350

8.4.3 地址转换后备缓冲351

8.4.4 存储器保护352

8.4.5 替换策略352

8.4.6 多级页表352

8.5 内存映射I/O354

8.6 现实世界透视：IA-32存储器和I/O系统357

8.6.1 IA-32高速缓存系统357

8.6.2 IA-32虚拟存储器359

8.6.3 IA-32的直接I/O编程机制359

8.7 总结359

习题360

附录A 数字系统实现365

附录B MIPS指令391

延伸阅读材料394