有序二叉决策图及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:275

译者:

出版时间:2009-7

价格:45.00元

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isbn号码:9787030250322

丛书系列:

图书标签:

• BDD
• 符号模型检验
• 有序二叉决策图
• 计算机科学
• 经典
• 2009
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《数字逻辑与计算机体系结构：从基础原理到高性能设计》 内容简介： 本书旨在为读者构建一个坚实的计算机科学与技术知识体系，深入剖析数字逻辑电路的设计原理，并在此基础上，系统阐述计算机体系结构的演进与实现。全书以循序渐进的方式，由浅入深地引导读者理解计算机底层运作的奥秘，从最基本的逻辑门到复杂的处理器设计，再到现代高性能计算的挑战与机遇，为读者提供了一套完整的学习路径。 第一部分：数字逻辑基础 本部分将带领读者走进数字逻辑的世界，理解信息在计算机中是如何被表示、处理和存储的。 第一章：二进制数系统与逻辑运算 我们将从最基本的二进制数制开始，详细讲解二进制、八进制、十进制和十六进制之间的转换方法，为后续的逻辑运算打下基础。 接着，我们将深入探讨布尔代数的基本公理和定理，这是理解数字逻辑设计的基石。 在此基础上，我们将详细介绍AND、OR、NOT、XOR、NAND、NOR等基本逻辑门的功能和符号，以及它们在电路中的实现方式。 我们将演示如何使用逻辑门组合构建更复杂的逻辑功能，并引入逻辑表达式的简化方法，如卡诺图（Karnaugh Map）和布尔代数化简法，以设计出最精简高效的逻辑电路。 第二章：组合逻辑电路设计 本章将聚焦于组合逻辑电路的设计，即输出仅取决于当前输入的逻辑电路。 我们将学习如何设计加法器（半加器、全加器）和减法器，这是计算机算术运算的核心。 我们还将介绍多路选择器（Multiplexer, MUX）和译码器（Decoder）的设计与应用，它们在数据选择和控制信号生成中扮演着重要角色。 此外，比较器、编码器等常用组合逻辑电路的设计方法也将得到详尽讲解。 本章将结合实例，指导读者如何将实际问题转化为逻辑电路设计。 第三章：时序逻辑电路设计 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还与电路 past state（历史状态）有关，这使得它们能够实现存储功能。 我们将从最基本的触发器（Flip-Flop）开始，如SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，详细讲解它们的构成、工作原理和时序特性。 在此基础上，我们将介绍寄存器（Register）和移位寄存器（Shift Register）的设计，它们是存储和移动数据的基本单元。 接着，我们将深入探讨计数器（Counter）的设计，包括异步计数器和同步计数器，它们在时序控制和频率分频等应用中不可或缺。 本章还将介绍有限状态机（Finite State Machine, FSM）的概念，包括Moore机和Mealy机，并讲解如何设计基于FSM的时序逻辑电路，以实现复杂的控制逻辑。 第二部分：计算机体系结构 本部分将从数字逻辑设计的基础上，逐步构建出计算机的宏观结构，理解其工作原理和设计理念。 第四章：指令集体系结构（ISA） 本章将介绍指令集体系结构（Instruction Set Architecture, ISA），它是软件和硬件之间的接口，定义了计算机能够理解和执行的指令集。 我们将探讨不同类型的指令集，如精简指令集计算机（RISC）和复杂指令集计算机（CISC）的特点与优缺点。 我们将详细讲解指令的格式、寻址方式（立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址、间接寻址、基址址寻址、变址寻址等）以及指令的分类（数据传输指令、算术逻辑指令、控制转移指令、输入输出指令等）。 本章将通过具体的指令集示例，帮助读者理解ISA设计对计算机性能和编程模型的影响。 第五章：处理器设计（CPU） 本章将进入处理器（CPU）设计的核心，它是计算机的大脑。 我们将详细讲解CPU的基本组成部分：算术逻辑单元（ALU）、控制器（Control Unit）和寄存器文件（Register File）。 我们将深入剖析指令的执行过程，即指令的获取（Fetch）、译码（Decode）、执行（Execute）、访存（Memory Access）和写回（Write-back）五个阶段，即经典的“五级流水线”模型。 我们将介绍数据通路（Datapath）的设计，它是CPU中数据流动和处理的路径。 本章还将探讨控制单元的设计，包括硬布线控制（Hardwired Control）和微程序控制（Microprogrammed Control）两种实现方式。 第六章：存储器系统 本章将聚焦于计算机的存储器系统，它是CPU和数据交互的桥梁。 我们将详细介绍不同类型的存储器：随机存取存储器（RAM），包括静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的原理和特点；只读存储器（ROM），包括PROM、EPROM、EEPROM和Flash Memory。 我们将深入讲解存储器的层次结构，从寄存器、高速缓存（Cache Memory）、主存储器（Main Memory）到辅助存储器（Secondary Storage），并分析缓存的工作原理，如写策略（Write-through, Write-back）和替换算法（LRU, FIFO）。 本章还将讨论内存管理单元（MMU）和虚拟存储器（Virtual Memory）的概念，以及它们如何扩展可用内存并提高系统效率。 第七章：输入/输出（I/O）系统 本章将介绍计算机的输入/输出（I/O）系统，它是计算机与外部世界交互的接口。 我们将讲解I/O设备的类型，如键盘、鼠标、显示器、硬盘、网络接口卡等。 我们将深入探讨I/O数据的传输方式，包括程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）。 本章还将介绍I/O端口、I/O总线以及I/O控制器的作用，并分析I/O系统设计对整体系统性能的影响。 第三部分：高性能计算与未来发展 本部分将进一步扩展读者的视野，探讨现代计算机体系结构在追求更高性能时所面临的挑战，以及未来的发展趋势。 第八章：指令级并行与流水线技术 本章将深入讲解指令级并行（Instruction-Level Parallelism, ILP）的概念，这是提高CPU性能的关键技术之一。 我们将详细分析流水线技术（Pipelining）的工作原理，包括静态流水线和动态流水线，并讨论流水线中的冒险（Hazards），如结构冒险、数据冒险和控制冒险，以及相应的解决策略，如流水线气泡（Pipeline Bubbles）、转发（Forwarding）和分支预测（Branch Prediction）。 我们将介绍超流水线（Superpipelining）和超标量（Superscalar）处理器等先进的CPU设计技术，它们通过增加流水线深度或并行执行多条指令来提升性能。 第九章：多核处理器与并行计算 随着单核处理器性能提升的瓶颈日益显现，多核处理器已经成为现代计算机的主流。 本章将介绍多核处理器的基本概念，包括对称多处理（SMP）和非对称多处理（AMP）。 我们将深入探讨多核处理器中的缓存一致性（Cache Coherence）问题，以及MESI等协议的解决方案。 本章还将介绍并行计算的基本概念，包括任务并行和数据并行，以及在多核环境下如何编写高效的并行程序，并简要介绍并行编程模型，如OpenMP和MPI。 第十章：现代计算机体系结构的趋势与挑战 本章将展望现代计算机体系结构的未来发展方向。 我们将讨论功耗墙（Power Wall）和散热问题对高性能计算带来的挑战。 我们将探讨异构计算（Heterogeneous Computing），如GPU（图形处理器）和FPGA（现场可编程门阵列）在特定计算任务中的应用，以及CPU与加速器协同工作的模式。 本章还将简要介绍近年来兴起的新的计算范式，如类脑计算、量子计算等，以及它们可能对未来计算机体系结构带来的颠覆性影响。 本书特色： 理论与实践相结合： 本书不仅讲解了数字逻辑和计算机体系结构背后的理论知识，还通过大量的图示、流程图和伪代码示例，生动形象地展示了电路设计和处理器工作原理，使读者能够更直观地理解抽象概念。 由浅入深，逻辑清晰： 全书内容按照逻辑和体系结构的设计脉络，从最基础的逻辑门到复杂的并行计算，循序渐进，使得读者能够逐步建立起完整的知识体系。 覆盖面广，紧跟前沿： 本书内容涵盖了数字逻辑设计、经典计算机体系结构以及现代高性能计算的多个重要方面，并对未来的发展趋势进行了展望，能够满足不同层次读者的学习需求。 易于理解的语言风格： 语言力求清晰、准确，避免使用过于晦涩的术语，并对必要的技术术语进行了详细解释，便于初学者理解。 适用读者： 本书适合计算机科学与技术、电子工程、自动化等相关专业的本科生、研究生，以及对计算机底层工作原理感兴趣的软硬件工程师、技术爱好者。通过学习本书，读者将能够深刻理解计算机是如何从最基本的逻辑门构建起来的，并能够分析和设计更高效、更强大的计算系统。

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