数字设计和计算机体系结构（英文版·第2版·ARM版）

图书标准信息

• 作者 [美]莎拉、L.、哈里斯(Sarah、L.、Harris) 著
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2018-01
• 版次 1
• ISBN 9787111586791
• 定价 129.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 584页
• 丛书 经典原版书库

【内容简介】

本书采用ARM取代了早先使用MIPS作为核心处理器来介绍计算机组织和设计的基本概念，涵盖了数字逻辑设计的主要内容。本书以一种流行的方式介绍了从计算机组织和设计到更细节层次的内容，涵盖了数字逻辑设计的主要内容，并通过ARM微处理器的设计强化数字逻辑的概念。本书的典型特色是将数字逻辑和计算机体系结构融合，教学内容反映了当前数字电路设计的主流方法，并突出计算机体系结构的工程特点，书中的大量示例及习题也可以加强读者对基本概念和技术的理解和记忆。

【作者简介】

莎拉 L. 哈里斯（Sarah L. Harris）　内华达大学电子与计算机工程系副教授，拥有斯坦福大学电子工程博士学位。她曾在惠普、圣地亚哥超算中心、英伟达公司和微软亚洲研究院工作，擅长计算机体系结构设计和系统设计。戴维·莫尼·哈里斯（David Money Harris） 哈维玛德学院工程系教授，拥有斯坦福大学电子工程博士学位。他曾在英特尔公司从事Itanium和Pentium II处理器的逻辑和电路设计，并曾担任Sun Microsystems、惠普、Evans & Sutherland等设计公司的顾问，获得了12项专利。

【目录】

Contents

 

 

Preface . vi

 

 

Features . vii

 

 

Online Supplements  viii

 

 

How to Use the Software Tools in a Course  ix

 

 

Labs  ix

 

 

Bugs  x

 

 

Acknowledgments  xi

 

 

Chapter 1 From Zero to One  3

 

 

1.1 TheGamePlan 3

 

 

1.2 The Art of Managing Complexity . 4

 

 

1.2.1 Abstraction  4

 

 

1.2.2 Discipline  5

 

 

1.2.3 The Three-Y’s  6

 

 

1.3 The Digital Abstraction  7

 

 

1.4 Number Systems. 9

 

 

1.4.1 Decimal Numbers  9

 

 

1.4.2 Binary Numbers  9

 

 

1.4.3 Hexadecimal Numbers . 11

 

 

1.4.4 Bytes, Nibbles, and All That Jazz . 13

 

 

1.4.5 Binary Addition . 14

 

 

1.4.6 Signed Binary Numbers  15

 

 

1.5 Logic Gates  19

 

 

1.5.1 NOT Gate  20

 

 

1.5.2 Buffer  20

 

 

1.5.3 AND Gate  20

 

 

1.5.4 OR Gate . 21

 

 

1.5.5 Other Two-Input Gates  21

 

 

1.5.6 Multiple-Input Gates . 21

 

 

1.6 Beneath the Digital Abstraction  22

 

 

1.6.1 Supply Voltage  22

 

 

1.6.2 Logic Levels  22

 

 

1.6.3 Noise Margins  23

 

 

1.6.4 DC Transfer Characteristics  24

 

 

1.6.5 The Static Discipline . 24

 

 

1.7 CMOSTransistors 26

 

 

1.7.1 Semiconductors  27

 

 

1.7.2 Diodes  27

 

 

1.7.3 Capacitors  28

 

 

1.7.4 nMOS and pMOS Transistors  28

 

 

1.7.5 CMOS NOT Gate . 31

 

 

1.7.6 Other CMOS Logic Gates . 31

 

 

1.7.7 Transmission Gates  33

 

 

1.7.8 Pseudo-nMOS Logic . 33

 

 

1.8 Power Consumption  34

 

 

1.9 Summary and a Look Ahead  35

 

 

Exercises  37

 

 

Interview Questions . 52

 

 

Chapter 2 Combinational Logic Design  55

 

 

2.1 Introduction 55

 

 

2.2 BooleanEquations 58

 

 

2.2.1 Terminology  58

 

 

2.2.2 Sum-of-Products Form . 58

 

 

2.2.3 Product-of-Sums Form . 60

 

 

2.3 BooleanAlgebra 60

 

 

2.3.1 Axioms . 61

 

 

2.3.2 Theorems of One Variable . 61

 

 

2.3.3 Theorems of Several Variables  62

 

 

2.3.4 The Truth Behind It All  64

 

 

2.3.5 Simplifying Equations  65

 

 

2.4 From Logic to Gates  66

 

 

2.5 Multilevel Combinational Logic 69

 

 

2.5.1 Hardware Reduction . 70

 

 

2.5.2 Bubble Pushing  71

 

 

2.6 X’s and Z’s, Oh My  73

 

 

2.6.1 Illegal Value: X . 73

 

 

2.6.2 Floating Value: Z  74

 

 

2.7 Karnaugh Maps  75

 

 

2.7.1 Circular Thinking . 76

 

 

2.7.2 Logic Minimization with K-Maps . 77

 

 

2.7.3 Don't Cares . 81

 

 

2.7.4 The Big Picture  82

 

 

2.8 Combinational Building Blocks  83

 

 

2.8.1 Multiplexers . 83

 

 

2.8.2 Decoders . 86

 

 

2.9 Timing. 88

 

 

2.9.1 Propagation and Contamination Delay  88

 

 

2.9.2 Glitches . 92

 

 

2.10 Summary  95

 

 

Exercises  97

 

 

Interview Questions  106

 

 

Chapter 3 Sequential Logic Design  109

 

 

3.1 Introduction. 109

 

 

3.2 Latches and Flip-Flops . 109

 

 

3.2.1 SR Latch . 111

 

 

3.2.2 D Latch  113

 

 

3.2.3 D FIip-Flop . 114

 

 

3.2.4 Register . 114

 

 

3.2.5 Enabled Flip-Flop . 115

 

 

3.2.6 Resettable Flip-Flop  116

 

 

3.2.7 Transistor-Level Latch and Flip-Flop Designs  116

 

 

3.2.8 Putting It All Together . 118

 

 

3.3 Synchronous Logic Design 119

 

 

3.3.1 Some Problematic Circuits  119

 

 

3.3.2 Synchronous Sequential Circuits  120

 

 

3.3.3 Synchronous and Asynchronous Circuits . 122

 

 

3.4 Finite State Machines  123

 

 

3.4.1 FSM Design Example  123

 

 

3.4.2 State Encodings . 129

 

 

3.4.3 Moore and Mealy Machines  132

 

 

3.4.4 Factoring State Machines . 134

 

 

3.4.5 Deriving an FSM from a Schematic . 137

 

 

3.4.6 FSM Review  140

 

 

3.5 Timing of Sequential Logic . 141

 

 

3.5.1 The Dynamic Discipline  142

 

 

3.5.2 System Timing  142

 

 

3.5.3 Clock Skew . 148

 

 

3.5.4 Metastability  151

 

 

3.5.5 Synchronizers . 152

 

 

3.5.6 Derivation of Resolution Time  154

 

 

3.6 Parallelism  157

 

 

3.7 Summary . 161

 

 

Exercises  162

 

 

Interview Questions  171

 

 

Chapter 4 Hardware Description Languages  173

 

 

4.1 Introduction. 173

 

 

4.1.1 Modules  173

 

 

4.1.2 Language Origins . 174

 

 

4.1.3 Simulation and Synthesis . 175

 

 

4.2 Combinational Logic. 177

 

 

4.2.1 Bitwise Operators . 177

 

 

4.2.2 Comments and White Space  180

 

 

4.2.3 Reduction Operators . 180

 

 

4.2.4 Conditional Assignment  181

 

 

4.2.5 Internal Variables . 182

 

 

4.2.6 Precedence  184

 

 

4.2.7 Numbers  185

 

 

4.2.8 Z’s and X’s . 186

 

 

4.2.9 Bit Swizzling  188

 

 

4.2.10 Delays  188

 

 

4.3 Structural Modeling 190

 

 

4.4 Sequential Logic . 193

 

 

4.4.1 Registers  193

 

 

4.4.2 Resettable Registers  194

 

 

4.4.3 Enabled Registers  196

 

 

4.4.4 Multiple Registers . 197

 

 

4.4.5 Latches . 198

 

 

4.5 MoreCombinationalLogic. 198

 

 

4.5.1 Case Statements . 201

 

 

4.5.2 If Statements  202

 

 

4.5.3 Truth Tables with Don’t Cares . 205

 

 

4.5.4 Blocking and Nonblocking Assi

 

......