从算法设计到硬线逻辑的实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:夏宇闻

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-06-01

价格:16.0

装帧:

isbn号码:9787040092530

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图书标签:

• 从算法设计到硬件逻辑
• 算法设计
• 硬件实现
• 数字逻辑
• FPGA
• Verilog
• VHDL
• 计算机体系结构
• 嵌入式系统
• 底层开发
• 芯片设计

本书并非一本关于算法设计或硬线逻辑实现的教材。 它是一本深入探讨如何将抽象的计算机科学概念转化为切实可行、能够直接驱动物理硬件的逻辑电路的指南。本书的目标读者是那些对计算机底层运作原理充满好奇，并希望理解软件逻辑如何在硬件层面被精确构建的工程师、研究者和高级技术爱好者。 全书围绕着一个核心主题展开：概念到电路的映射与优化。这不仅仅是理论的探讨，更是对工程实践的深度挖掘。我们将从最基本的逻辑门开始，逐步构建更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。每一个设计步骤都力求清晰、严谨，并辅以大量的实例分析，让读者能够亲身体验设计过程的精妙之处。 在本书中，您将不会找到关于特定编程语言的语法教学，也不会有关于如何编写高效软件算法的详尽算法复杂度分析。 相反，我们将聚焦于那些支撑着软件运行的基石——那些在硅片上精心雕琢的电路。 本书的内容可以概括为以下几个主要部分： 第一部分：逻辑设计的理论基础与抽象 数字系统导论： 我们将回顾数字逻辑的基本原理，包括二进制、布尔代数、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）及其真值表和波形图。我们将深入理解这些基本逻辑门如何组合成更复杂的逻辑功能。 组合逻辑电路设计： 这一部分将详细介绍如何设计不含时钟信号的逻辑电路。我们会探讨最小化布尔表达式的方法，如卡诺图（Karnaugh Maps）和奎因-麦克拉斯基算法（Quine-McCluskey Algorithm），以获得最精简、最高效的逻辑实现。重点将放在编码器、译码器、多路选择器、数据选择器、加法器、减法器以及并行比较器等关键组合逻辑模块的设计。 时序逻辑电路设计： 引入时钟信号的概念，我们将深入研究触发器（Flip-Flops），包括SR, JK, D, T触发器，以及它们在存储状态和构成时序电路中的作用。状态机（State Machines）的设计将是本部分的重中之重，包括有限状态机（Finite State Machines, FSM）的建模（Mealy Model 和 Moore Model）、状态图的设计、状态分配、状态简化以及相应的电路实现。我们将通过具体例子，如计数器、移位寄存器、寄存器文件、序列检测器等的实现，来巩固时序逻辑的设计思想。 第二部分：从抽象描述到硬件实现 硬件描述语言（HDL）的初步认识： 虽然本书的重点不在于HDL的语法，但我们将简要介绍常用的硬件描述语言（如Verilog或VHDL）在描述和仿真逻辑电路中的作用。重点将放在如何用HDL来准确地表达我们设计的逻辑功能，以及这些描述如何与实际硬件对应。 逻辑综合（Logic Synthesis）： 探讨逻辑综合的过程，即如何将高层次的HDL描述自动转换为门级网表（Netlist）。我们将理解综合工具在优化电路速度、面积和功耗方面的作用。 电路优化与时序分析： 深入讨论如何对逻辑电路进行优化，以满足性能指标（如时钟频率）和资源约束。我们将介绍关键路径分析（Critical Path Analysis）、时钟歪斜（Clock Skew）以及如何通过逻辑重组、寄存器放置等技术来改进电路的时序表现。 物理实现流程概览： 简要介绍逻辑网表如何进一步映射到实际的物理硬件。这包括布局（Placement）、布线（Routing）等步骤，以及这些步骤对电路性能和功耗的影响。 第三部分：关键逻辑模块的深入设计与应用 算术逻辑单元（ALU）的设计： 详细阐述如何构建一个功能强大的ALU，能够执行加法、减法、逻辑运算（AND, OR, XOR）以及移位操作。我们将探讨不同ALU结构（如串行、并行、先行进位）的优劣。 存储器单元设计： 介绍随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的基本结构和读写时序。我们将理解如何设计简单的存储器接口逻辑。 接口逻辑设计： 探讨如何设计简单的接口电路，以实现不同模块之间的数据交换，例如通用输入/输出（GPIO）接口或简单的串行通信接口的基本逻辑。 本书的特色在于： 工程导向： 每一项设计都强调其在实际硬件实现中的可行性和优化方向。 从概念到具体： 循序渐进，从最基本的逻辑概念出发，逐步构建复杂的逻辑系统。 理论与实例结合： 大量采用具体的设计案例，帮助读者理解抽象概念在实际电路中的落地。 注重底层原理： 深入剖析逻辑电路的内在运作机制，为理解更复杂的数字系统打下坚实基础。 通过阅读本书，读者将能够深刻理解计算机硬件的设计哲学，掌握将抽象逻辑转化为物理电路的关键技能。这是一种对计算本质的探求，一种对“指令如何成为动作”的追溯，是构建任何数字系统的基石。本书旨在为读者提供一个清晰的路径，让他们能够自信地跨越软件与硬件之间的鸿沟，真正理解数字世界的创造过程。

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我非常赞赏作者在书中关于“硬件描述语言”（HDL）部分的引入。在许多技术书籍中，HDL往往被视为一个独立但又相对晦涩的章节，但在这本书中，HDL的介绍被无缝地融入到了前面关于逻辑电路设计的讨论中。作者并没有直接教读者编写复杂的HDL代码，而是从一个简单的逻辑门电路出发，展示了如何用HDL来描述它的功能，然后再逐渐过渡到更复杂的组合逻辑和时序逻辑的HDL描述。这种循序渐进的方式，让我这个从未接触过HDL的人，也能迅速建立起对它的基本认知。我尤其喜欢作者在讲解Verilog或VHDL时，会不断地将其与前面介绍的逻辑设计联系起来，让你明白，HDL不仅仅是一种语言，更是将你脑海中的逻辑设计转化为实际硬件的桥梁。这让我对硬件开发有了更直观的认识，也激发了我进一步学习HDL的兴趣。

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在阅读这本书的过程中，我不仅学到了关于算法和硬件逻辑的知识，更重要的是，我开始从一种全新的角度来看待和解决问题。作者在讲解“测试和验证”部分时，花了很多篇幅来强调质量保证的重要性。他详细阐述了如何设计测试向量，如何进行功能仿真，以及如何捕捉和修复逻辑错误。我尤其欣赏作者在讲解“单元测试”和“集成测试”时，所举的例子，这些例子都非常贴近实际的硬件开发流程。他甚至提到了如何利用一些自动化工具来辅助测试，这让我意识到，高效的验证是确保硬件设计成功的关键。这本书的价值在于，它不仅仅教会了你如何“做”，更教会了你如何“做好”，如何确保你设计的硬件能够稳定、可靠地工作。

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我一直认为，将算法与硬件逻辑实现联系起来是一个非常具有挑战性的主题，通常只有在专业领域内才会深入探讨。然而，这本书以一种令人意想不到的流畅性和连贯性，弥合了这一看似巨大的鸿沟。当阅读到“状态机”的部分时，我被作者的讲解方式深深吸引。他并没有上来就抛出抽象的状态转移图，而是从一个简单的交通信号灯的控制逻辑开始，一步步剖析如何将其转化为有限状态机模型。这种从具象到抽象，再从抽象到具象的讲解过程，让我这个初学者也能清晰地理解状态机的概念及其在数字电路设计中的核心地位。更重要的是，作者在讲解过程中，巧妙地将之前介绍的算法思想与硬件实现联系起来。例如，在设计一个更复杂的控制逻辑时，他会提及如何运用某些算法的思想来优化状态机的状态转移，从而提高硬件的效率和性能。这种将软件层面的智慧融入到硬件层面的设计中，让我看到了一个全新的技术视角，也让我开始思考，究竟有多少算法的思想可以被“硬化”到电路中去。

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这本书绝对是我近期阅读体验中最令人惊喜的一本，尽管我并非科班出身，但作者凭借其清晰的思路和循序渐进的讲解，成功地将我这个对算法和硬件逻辑知之甚少的人，一步步带入了那个奇妙的世界。初拿到书时，我原本以为会是一本枯燥晦涩的学术专著，但很快我就发现自己错了。开篇部分，作者并没有急于抛出复杂的算法公式或深奥的逻辑门知识，而是从一些非常贴近生活、便于理解的例子入手，比如如何最优地安排一次旅行路线，如何高效地管理一堆凌乱的物品。这些例子虽然简单，却巧妙地揭示了算法设计的核心思想——如何通过一系列步骤来解决问题，并追求效率和最优解。我特别喜欢作者在讲解“搜索算法”时，用了一个比喻，将寻找一本特定书籍的过程比作在图书馆里一本一本地翻找，然后引出二分查找法的优势，那种豁然开朗的感觉至今难忘。即使是对我这样完全没有基础的读者，也能感受到算法的魅力，体会到它在优化决策、提升效率方面的强大力量。

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作者在书中对“优化”的阐述，也给我留下了深刻的印象。无论是算法层面的时间复杂度、空间复杂度优化，还是硬件层面上的面积、功耗、时序优化，作者都给予了足够的关注。我尤其喜欢他讲解“门级优化”和“寄存器传输级（RTL）优化”时，所采取的方法。他并没有简单地给出一些通用的优化技巧，而是通过分析具体的电路设计，来展示如何在设计过程中识别瓶颈，并采取相应的措施进行改进。例如，在讲解如何减少组合逻辑的深度以提高时序性能时，作者就通过一个实际的例子，展示了如何引入“寄存器”来分割逻辑，从而达到优化的目的。这种深入到具体细节的讲解，让我对硬件优化的复杂性和重要性有了更深刻的认识。

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这本书的另一个亮点在于，它非常注重理论与实践的结合。作者并没有仅仅停留在理论的讲解，而是通过大量的工程实践案例，来印证前面介绍的各种设计和优化方法。我特别喜欢作者在讲解“FPGA实现”时，所分享的经验。他详细阐述了如何将设计好的逻辑电路映射到FPGA器件上，以及在实际部署过程中可能遇到的各种挑战和解决方案。这种将理论知识与实际操作紧密结合的方式，让我能够更清晰地理解，这些抽象的设计是如何在真实的硬件平台上运行的。它让我感受到，这本书不仅仅是一本教科书，更像是一本经验丰富的工程师的实践指南。

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总而言之，这本书以其独特的视角和详实的讲解，成功地将我从一个对算法和硬件逻辑知之甚少的新手，带入了一个全新的技术世界。它不仅仅是教授知识，更重要的是，它培养了我解决问题、思考问题的能力。我开始能够以一种更系统、更全面的方式来理解技术，也对未来的学习和工作充满了信心。这本书的价值在于，它为你打开了一扇窗，让你看到算法与硬件逻辑之间千丝万缕的联系，也让你明白，如何将这些强大的工具运用到现实世界的创造中去。我强烈推荐这本书给所有对计算机科学、电子工程以及相关领域感兴趣的读者，无论你是初学者还是有一定基础的从业者，都能从中获益匪浅。

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随着阅读的深入，我逐渐被书中“数据结构”部分所吸引。作者不仅仅是罗列了各种数据结构（如链表、栈、队列、树、图等），更是通过生动的图示和恰当的比喻，将这些抽象的概念具象化。我尤其对“树”的讲解印象深刻，作者将它比作一个家庭族谱，节点代表家庭成员，边代表亲属关系，父节点、子节点、兄弟节点等概念立刻变得清晰明了。更让我惊叹的是，作者并没有止步于理论的介绍，而是花了大量篇幅阐述了不同数据结构在解决实际问题中的应用场景。例如，在讲解“图”时，作者详细分析了如何用图来表示社交网络、地图导航以及城市交通系统，并介绍了如何运用图算法（如Dijkstra算法）来寻找最短路径，这让我看到理论知识如何转化为解决现实世界复杂问题的强大工具。这本书的优点在于，它始终保持着一种“授人以渔”的态度，让你不仅仅记住知识点，更能理解其背后的逻辑和应用价值，这种潜移默化的学习过程，比死记硬背要有效得多。

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这本书在“组合逻辑”和“时序逻辑”的讲解上，也展现出了作者深厚的功力和独到的见解。作者并没有简单地介绍逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的功能，而是通过设计一个简单的计算器，来逐步引导读者理解如何构建复杂的逻辑电路。我尤其喜欢作者在讲解“加法器”和“乘法器”时的细节。他首先从最基本的半加器和全加器开始，清晰地展示了它们的工作原理和逻辑表达式，然后逐步讲解如何将它们级联起来，构建出能够处理多位二进制数的加法器。在讲解“时序逻辑”时，作者则重点突出了“触发器”的作用，并以存储单元的设计为例，解释了时序逻辑如何能够“记住”信息。这本书的精妙之处在于，它没有将硬件逻辑设计视为独立的学科，而是将其看作是算法逻辑实现的一种物理载体，使得学习过程更加融会贯通，并且充满了探索的乐趣。

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这本书最让我印象深刻的一点是，它成功地将抽象的算法概念与具体的硬件实现之间的联系，用一种非常直观和易于理解的方式呈现了出来。我过去常常觉得，算法是运行在软件层面上的，而硬件逻辑则是物理层面的实现，两者之间存在着天然的隔阂。然而，本书通过大量的实例，清晰地展示了如何将某些算法的思想，例如“排序算法”或“查找算法”，通过设计特定的硬件逻辑电路来加速其执行过程。我特别喜欢作者在讲解“流水线设计”时，将其比喻成生产线，每个工位负责一个特定的处理步骤，这样可以大大提高整体的吞吐量。这种将并行处理的思想融入到硬件设计中的方法，让我看到了算法优化如何能够直接转化为硬件性能的提升，这是一种非常强大的能力。

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是我手上那本ISBN: 9787811243093的书的旧版吗？

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