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Digital Design and Computer Architecture,Second Edition

出版者的话

译者序

本书赞誉

前言

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Y原则3

13数字抽象3

14数制4

141十进制数4

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7

145二进制加法8

146有符号的二进制数8

15逻辑门10

151非门11

152缓冲器11

153与门11

154或门11

155其他两输入逻辑门11

156多输入门12

16数字抽象13

161电源电压13

162逻辑电平13

163噪声容限13

164直流电压传输特性14

165静态约束15

17CMOS晶体管16

171半导体16

172二极管17

173电容17

174nMOS和pMOS晶体管17

175CMOS非门19

176其他CMOS逻辑门19

177传输门20

178类nMOS逻辑20

18功耗21

19总结和展望22

习题22

面试问题28

第2章组合逻辑设计29

21引言29

22布尔表达式31

221术语31

222与或式31

223或与式32

23布尔代数33

231公理33

232单变量定理33

233多变量定理34

234定理的统一证明方法35

235等式化简36

24从逻辑到门37

25多级组合逻辑39

251减少硬件39

252推气泡40

26X和Z41

261非法值X41

262浮空值Z41

27卡诺图42

271画圈的原理43

272卡诺图化简逻辑44

273无关项46

274小结47

28组合逻辑模块47

281复用器47

282译码器50

29时序51

291传播延迟和最小延迟51

292毛刺54

210总结55

习题55

面试问题60

第3章时序逻辑设计61

31引言61

32锁存器和触发器61

321SR锁存器62

322D锁存器63

323D触发器64

324寄存器64

325带使能端的触发器65

326带复位功能的触发器65

327晶体管级锁存器和触发器的设计66

328小结66

33同步逻辑设计67

331一些有问题的电路67

332同步时序电路68

333同步电路和异步电路70

34有限状态机70

341有限状态机设计实例70

342状态编码74

343Moore型状态机和Mealy型状态机76

344状态机的分解79

345由电路图导出状态机80

346有限状态机小结82

35时序逻辑的时序82

351动态约束83

352系统时序83

353时钟偏移87

354亚稳态88

355同步器89

356分辨时间的推导90

36并行92

37总结94

习题95

面试问题100

第4章硬件描述语言101

41引言101

411模块101

412硬件描述语言的起源101

413模拟和综合102

42组合逻辑104

421位运算符104

422注释和空白104

423缩位运算符106

424条件赋值106

425内部变量106

426优先级109

427数字109

428Z和X110

429位混合111

4210延迟112

43结构化建模113

44时序逻辑115

441寄存器115

442复位寄存器115

443带使能端的寄存器116

444多寄存器116

445锁存器119

45更多组合逻辑119

451case语句120

452if语句122

453带有无关项的真值表122

454阻塞赋值和非阻塞赋值124

46有限状态机127

47数据类型130

471SystemVerilog130

472VHDL131

48参数化模块133

49测试程序135

410总结138

习题138

面试问题145

第5章数字模块146

51引言146

52算术电路146

521加法146

522减法151

523比较器152

524算术逻辑单元153

525移位器和循环移位器154

526乘法155

527除法156

528补充阅读156

53数制157

531定点数157

532浮点数157

54时序电路模块160

541计数器160

542移位寄存器160

55存储器阵列162

551概述162

552动态随机访问存储器164

553静态随机访问存储器165

554面积和延迟165

555寄存器文件165

556只读存储器165

557使用存储器阵列的逻辑167

558存储器HDL167

56逻辑阵列168

561可编程逻辑阵列169

562现场可编程逻辑门阵列169

563阵列实现173

57总结174

习题174

面试问题180

第6章体系结构181

61引言181

62汇编语言182

621指令182

622操作数：寄存器、存储器和常数183

63机器语言187

631R类型指令187

632l类型指令188

633J类型指令189

634解释机器语言代码189

635存储程序189

64编程190

641算术/逻辑指令190

642分支193

643条件语句194

644循环195

645数组197

646函数调用200

65寻址方式206

66编译、汇编和装入208

661内存映射208

662转换成二进制代码和开始执行程序209

67其他主题211

671伪指令211

672异常212

673有符号指令和无符号指令212

674浮点指令213

68从现实世界看：x86结构214

681x86寄存器215

682x86操作数215

683状态标志216

684x86指令集216

685x86指令编码218

686x86的其他特性219

687小结219

69总结219

习题220

面试问题227

第7章微体系结构228

71引言228

711体系结构状态和指令集228

712设计过程229

713MIPS微体系结构230

72性能分析230

73单周期处理器231

731单周期数据路径231

732单周期控制235

733更多指令237

734性能分析239

74多周期处理器240

741多周期数据路径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流水线处理器255

751流水线数据路径257

752流水线控制258

753冲突258

754更多指令269

755性能分析269

76硬件描述语言表示270

761单周期处理器270

762通用模块274

763基准测试程序276

77异常279

78高级微体系结构281

781深流水线282

782分支预测282

783超标量处理器284

784乱序处理器285

785寄存器重命名287

786单指令流多数据288

787多线程288

788同构多处理器289

789异构多处理器289

79从现实世界看：x86微体系结构290

710总结295

习题296

面试问题300

第8章存储器和输入/输出系统301

81引言301

82存储器系统性能分析304

83高速缓存305

831高速缓存中存放的数据305

832高速缓存中的数据查找305

833数据的替换311

834高级高速缓存设计312

835MIPS高速缓存的发展314

84虚拟存储器315

841地址转换316

842页表317

843转换后备缓冲器318

844存储器保护319

845替换策略319

846多级页表319

85I/O简介321

86嵌入式I/O系统322

861PIC32MX675F512H微控制器322

862通用数字I/O326

863串行I/O328

864计时器336

865中断337

866模拟I/O339

867其他微控制器外设343

87PC I/O系统358

871USB359

872PCI和PCI Express360

873DDR3内存360

874网络360

875SATA361

876连接到PC361

88从现实世界看：x86存储器和I/O系统363

881x86高速缓存系统363

882x86虚拟存储器364

883x86可编程I/O365

89总结365

后记365

习题365

面试问题371

附录A数字系统实现372

附录BMIPS指令396

附录CC语言编程400

附录DMIPS处理器的FPGA实现433

补充阅读452

索引454