基本信息
- 原书名：Digital Design and Computer Architecture, Second Edition
- 作者： （美）戴维·莫尼·哈里斯（David Money Harris） 莎拉 L. 哈里斯(Sarah L. Harris)
- 译者： 陈俊颖
- 丛书名： 计算机科学丛书
- 出版社：机械工业出版社
- ISBN：9787111534518
- 上架时间：2016-4-8
- 出版日期：2016 年4月
- 开本：16开
- 页码：480
- 版次：1-1
- 所属分类：计算机 > 计算机组织与体系结构 > 综合
教材
编辑推荐
内容简介
作译者
作者:(美)戴维·莫尼·哈里斯 作者:莎拉L.哈里斯 译者:陈俊颖
戴维·莫尼·哈里斯，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，麻省理工学院电子工程与计算机科学硕士学位。他曾在Intel公司从事Itanium和PerItium II处理器的逻辑和电路设计。并担任Sun Microsystems、惠普、Evans & Sutherland和其他设计公司的顾问。他的兴趣包括教学、构建芯片、户外探索。他取得了12项专利。并且与人合著了三本芯片设计方面的教材。莎拉L.哈里斯，哈维玛德学院工程系助理教授，拥有斯坦福大学电子工程博士学位。她曾为惠普、圣地亚哥超算中心、Nvidia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，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，麻省理工学院电子工程与计算机科学硕士学位。他曾在Intel公司从事Itanium和PerItium II处理器的逻辑和电路设计。并担任Sun Microsystems、惠普、Evans & Sutherland和其他设计公司的顾问。他的兴趣包括教学、构建芯片、户外探索。他取得了12项专利。并且与人合著了三本芯片设计方面的教材。莎拉L.哈里斯，哈维玛德学院工程系助理教授，拥有斯坦福大学电子工程博士学位。她曾为惠普、圣地亚哥超算中心、Nvidia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。
目录
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
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
译者序
数字逻辑设计、计算机体系结构、嵌入式系统和片上系统设计等课程是计算机系统课程的主体。本书巧妙地将数字设计和计算机体系结构融合在一起，既明确了数字设计是计算机体系结构的基础知识，也让读者了解了计算机体系结构课程如何运用数字设计课程中的关键知识。本书各章节知识连贯衔接，自然而然地引导读者从最基本的0和1一直深入到计算机微处理器的构建。通过本书，完全没有计算机系统和软硬件知识的学生，也能从零开始循序渐进地掌握设计计算机微处理器以及编写相应程序的基本原理和方法。
“层次化、模块化、规整化”三大计算机软硬件通用的设计原则，贯穿本书始终。通过这样的设计思想学习，读者能建立良好的工程设计思路，为将来设计大规模的复杂软硬件系统打下良好的基础。同时，第2版的内容紧密贴近领域新动态，书中涉及的相关数据、编程语言、软件工具、硬件结构等都紧跟行业发展。在征得原书作者和原出版社同意的情况下，本书增加了附录D“MIPS处理器的FPGA实现”，补充在实际开发板和软件开发环境上设计和实现计算机微处理器系统的相关内容。通过本书的学习，能增强读者使用主流工具和开发环境进行实际应用设计的能力。
此外，本书内容丰富充实，文字通俗流畅，叙述风趣幽默，并配有大量示例和习题，有助于读者理解和掌握数字设计和计算机体系结构的相关知识。本书不仅适合用于相关专业课程的教学，也适合作为相关工程技术人员的参考书籍。
本书由华南理工大学陈俊颖翻译定稿。在本书的完成过程中，华南理工大学的陈虎（原书第1版译者）和闵华清等老师给予了大力的支持与帮助，机械工业出版社的姚蕾等编辑提出了宝贵的意见并付出了辛勤的劳动，Imagination Technologies公司的RobertOwen、Laurence Keung和工程师提供了积极的建议和技术支持，在此对他们表示衷心的感谢！
在本书翻译过程中，译者力求准确无误地表达原文意思，尽可能使文字流畅易懂。但是受译者水平和时间所限，难免有疏漏和错误之处，恳请广大读者不吝指正。
最后，特别感谢我的家人一直以来对我无私的关爱。
译者
2016年1月6日
“层次化、模块化、规整化”三大计算机软硬件通用的设计原则，贯穿本书始终。通过这样的设计思想学习，读者能建立良好的工程设计思路，为将来设计大规模的复杂软硬件系统打下良好的基础。同时，第2版的内容紧密贴近领域新动态，书中涉及的相关数据、编程语言、软件工具、硬件结构等都紧跟行业发展。在征得原书作者和原出版社同意的情况下，本书增加了附录D“MIPS处理器的FPGA实现”，补充在实际开发板和软件开发环境上设计和实现计算机微处理器系统的相关内容。通过本书的学习，能增强读者使用主流工具和开发环境进行实际应用设计的能力。
此外，本书内容丰富充实，文字通俗流畅，叙述风趣幽默，并配有大量示例和习题，有助于读者理解和掌握数字设计和计算机体系结构的相关知识。本书不仅适合用于相关专业课程的教学，也适合作为相关工程技术人员的参考书籍。
本书由华南理工大学陈俊颖翻译定稿。在本书的完成过程中，华南理工大学的陈虎（原书第1版译者）和闵华清等老师给予了大力的支持与帮助，机械工业出版社的姚蕾等编辑提出了宝贵的意见并付出了辛勤的劳动，Imagination Technologies公司的RobertOwen、Laurence Keung和工程师提供了积极的建议和技术支持，在此对他们表示衷心的感谢！
在本书翻译过程中，译者力求准确无误地表达原文意思，尽可能使文字流畅易懂。但是受译者水平和时间所限，难免有疏漏和错误之处，恳请广大读者不吝指正。
最后，特别感谢我的家人一直以来对我无私的关爱。
译者
2016年1月6日
前言
目前已经有很多优秀的数字逻辑设计书籍，也有一些很好的计算机体系结构教材（例如，Patterson和Hennessy撰写的经典教材），为什么还需要出版一本包含了数字逻辑设计和体系结构的书呢？本书的独特之处在于从计算机体系结构的视角来学习数字逻辑设计，内容从基本的二进制开始，直到引导学生完成MIPS处理器的设计。
多年来，我们曾在哈维玛德学院使用了多个版本的《Computer Organization and Design》（计算机组成与设计）（由Patterson和Hennessy撰写）。我们特别欣赏该书覆盖了MIPS处理器的体系结构和微体系结构，因为MIPS处理器是获得商业成功的体系结构，而且它也非常简单，可以在导论课程中向学生解释清楚，并可以由学生自主设计和实现。由于我们的课程没有预修课程，所以前半个学期需要介绍数字逻辑设计，而这部分没有被《Computer Organization and Design》所包含。其他大学也表示需要一本能包含数字电路设计和体系结构的教材。于是，我们着手开始准备这样一本包含了数字逻辑设计和体系结构的书。
我们相信设计处理器对于电子工程和计算机专业的学生是一个特殊而重要的经历。对外行而言，处理器内部的工作几乎像魔术一样，然而事实证明，如果详细解释，处理器的工作原理就非常易于理解。数字逻辑设计本身是一个令人激动的主题。汇编语言程序则揭示了处理器内部所用的语言。而微体系结构将两者联系在一起。
本书适合于在一个学期内完成教学的数字逻辑设计和计算体系结构入门课程，也可以用于两个学期的教学，以便用更多的时间来消化和理解书中所讲的知识并在实验室中进行实践。不需要任何预修内容也可以教授这个课程。本书一般在大学本科二年级或者三年级使用，也可以提供给聪明的一年级学生学习。
特点
本书有以下特点。
并列讲述SystemVerilog和VHDL语言
硬件描述语言（Hardware Description Language,HDL）是现代数字逻辑设计实践的中心，而设计者分成了SystemVerilog语言和VHDL语言两个阵营。在介绍了组合逻辑和时序逻辑设计后，本书紧接着就在第4章介绍硬件描述语言。硬件描述语言将在第5章和第7章用于设计更大的模块和整个处理器。然而，如果不讲授硬件描述语言，那么可以跳过第4章，而后续章节仍然可以继续使用。
本书的特色在于使用并列方式讲述SystemVerilog和VHDL，使读者可以快速地对比两种语言。第4章描述适用于这两种硬件描述语言的原则，而且并列给出了这两种语言的语法和实例。这种并列方法使得在教学中教师可以选择其中一种硬件描述语言来讲述，也可以让读者在专业实践中很快地从一种描述语言转到另一种描述语言。
经典的MIPS体系结构和微体系结构
第6章和第7章主要介绍MIPS体系结构。这部分内容主要改编自Patterson和Hennessy的论著。MIPS是一个理想的体系结构，因为每年有上百万实际产品投入使用，而且高效和易于学习。同时，世界各地上百所大学已经围绕MIPS体系结构开发了教学内容、实验和工具。
现实视角
第6、7、8章列举了Intel公司x86处理器系列的体系结构、微体系结构和存储器层次结构。第8章还介绍了Microchip PIC32微控制器的外部设备。这些章节揭示了书中所讲的概念如何应用到很多PC内部芯片和消费电子产品的设计中。
高级微体系结构概览
第7章介绍了现代高性能微体系结构的特征，包括分支预测、超标量、乱序执行操作、多线程和多核处理器。这些内容对于第一次上体系结构课程的学生比较容易理解，并说明了本书介绍的微体系结构原理是如何扩展到现代处理器的设计中的。
章末的习题和面试问题
学习数字设计的最佳方式是实践。每章的最后有很多习题来实际应用所讲述的内容。习题后面是同行向申请这个领域工作的学生提出的一些面试问题。这些问题可以让学生感受到面试过程中可能遇见的典型问题。习题答案可以通过本书的配套网站和教师网站获得。更详细的内容参见下文——在线补充资料。
在线补充资料
关于本书教辅资源，使用教材的教师需通过爱思唯尔的教材网站（wwwtextbookselseviercom）注册并通过审批后才能获取。具体方法如下：在wwwtextbookselseviercom教材网站查找到该书后，点击“instructor manual”便可申请查看该教师手册。有任何问题，请致电01085208853。——编辑注
补充材料可以通过textbookselseviercom/9780123944245获得。本书配套网站（对所有读者开放）包括了以下内容：
多年来，我们曾在哈维玛德学院使用了多个版本的《Computer Organization and Design》（计算机组成与设计）（由Patterson和Hennessy撰写）。我们特别欣赏该书覆盖了MIPS处理器的体系结构和微体系结构，因为MIPS处理器是获得商业成功的体系结构，而且它也非常简单，可以在导论课程中向学生解释清楚，并可以由学生自主设计和实现。由于我们的课程没有预修课程，所以前半个学期需要介绍数字逻辑设计，而这部分没有被《Computer Organization and Design》所包含。其他大学也表示需要一本能包含数字电路设计和体系结构的教材。于是，我们着手开始准备这样一本包含了数字逻辑设计和体系结构的书。
我们相信设计处理器对于电子工程和计算机专业的学生是一个特殊而重要的经历。对外行而言，处理器内部的工作几乎像魔术一样，然而事实证明，如果详细解释，处理器的工作原理就非常易于理解。数字逻辑设计本身是一个令人激动的主题。汇编语言程序则揭示了处理器内部所用的语言。而微体系结构将两者联系在一起。
本书适合于在一个学期内完成教学的数字逻辑设计和计算体系结构入门课程，也可以用于两个学期的教学，以便用更多的时间来消化和理解书中所讲的知识并在实验室中进行实践。不需要任何预修内容也可以教授这个课程。本书一般在大学本科二年级或者三年级使用，也可以提供给聪明的一年级学生学习。
特点
本书有以下特点。
并列讲述SystemVerilog和VHDL语言
硬件描述语言（Hardware Description Language,HDL）是现代数字逻辑设计实践的中心，而设计者分成了SystemVerilog语言和VHDL语言两个阵营。在介绍了组合逻辑和时序逻辑设计后，本书紧接着就在第4章介绍硬件描述语言。硬件描述语言将在第5章和第7章用于设计更大的模块和整个处理器。然而，如果不讲授硬件描述语言，那么可以跳过第4章，而后续章节仍然可以继续使用。
本书的特色在于使用并列方式讲述SystemVerilog和VHDL，使读者可以快速地对比两种语言。第4章描述适用于这两种硬件描述语言的原则，而且并列给出了这两种语言的语法和实例。这种并列方法使得在教学中教师可以选择其中一种硬件描述语言来讲述，也可以让读者在专业实践中很快地从一种描述语言转到另一种描述语言。
经典的MIPS体系结构和微体系结构
第6章和第7章主要介绍MIPS体系结构。这部分内容主要改编自Patterson和Hennessy的论著。MIPS是一个理想的体系结构，因为每年有上百万实际产品投入使用，而且高效和易于学习。同时，世界各地上百所大学已经围绕MIPS体系结构开发了教学内容、实验和工具。
现实视角
第6、7、8章列举了Intel公司x86处理器系列的体系结构、微体系结构和存储器层次结构。第8章还介绍了Microchip PIC32微控制器的外部设备。这些章节揭示了书中所讲的概念如何应用到很多PC内部芯片和消费电子产品的设计中。
高级微体系结构概览
第7章介绍了现代高性能微体系结构的特征，包括分支预测、超标量、乱序执行操作、多线程和多核处理器。这些内容对于第一次上体系结构课程的学生比较容易理解，并说明了本书介绍的微体系结构原理是如何扩展到现代处理器的设计中的。
章末的习题和面试问题
学习数字设计的最佳方式是实践。每章的最后有很多习题来实际应用所讲述的内容。习题后面是同行向申请这个领域工作的学生提出的一些面试问题。这些问题可以让学生感受到面试过程中可能遇见的典型问题。习题答案可以通过本书的配套网站和教师网站获得。更详细的内容参见下文——在线补充资料。
在线补充资料
关于本书教辅资源，使用教材的教师需通过爱思唯尔的教材网站（wwwtextbookselseviercom）注册并通过审批后才能获取。具体方法如下：在wwwtextbookselseviercom教材网站查找到该书后，点击“instructor manual”便可申请查看该教师手册。有任何问题，请致电01085208853。——编辑注
补充材料可以通过textbookselseviercom/9780123944245获得。本书配套网站（对所有读者开放）包括了以下内容：
媒体评论
本书以一种易于接受的方式介绍了从计算机组成和设计到更细节层次的教学内容，展现了如何使用VHDL和System Verilog语言设计MIPS处理器的技术细节。为学生提供在现代FPGA上实现大型数字系统设计的机会。书中提供的方法既向学生传授了知识又具有启发性。
——David APatterson，加利福尼亚大学伯克利分校
本书为传统的教学内容提供了新的视角。很多教科书看上去像繁杂的灌木丛，作者在这 本书中将“枯枝”去除，同时保留了最基本的内容，并把这些内容放到了现代的环境中。因此，他们提供的教材可以激发学生未来挑战设计方案的兴趣。
——Jim Frenzel，爱达荷大学
Harris的写作风格引人入胜，而且能提供很多知识。他们对材料的运用水平很高，通过大量的图来引导学生进入计算机工程领域。组合逻辑电路、微体系结构和存储器系统等内容处理得非常好。
——James PinterLucke，克莱蒙麦肯纳学院
Harris的这本书非常清晰且易于理解。习题的设计非常好，同时也提供了很多现实案例。这本书避免了许多其他教材中冗长而费解的解释。很明显，作者花费了很多时间和努力来提高这本书的可读性。本人强烈推荐这本书。
——Peiyi Zhao，查普曼大学
Harris撰写了一部成功融合数字系统设计和计算机体系结构的教材。这是一本很受欢迎的教科书， 它介绍了很多数字系统设计的内容，同时详细解释了MIPS体系结构的细节。本人强烈推荐这本书。
——James EStine，Jr，俄克拉荷马州立大学
这是一本令人印象深刻的书。Harris将晶体管、电路、逻辑门、有限状态机、存储器、算术部件等微处理器设计中的所有重要元素完美地结合在一起，并最终引出计算机体系结构。这本书为理解如何完美地设计复杂系统提供了很好的指导。
——Jaeha Kim, Rambus公司
这是一本写得非常好的书，不仅适用于第一次学习这些领域的年轻工程师，而且可以为有经验的工程师提供参考。本人强烈推荐这本书。
——AUtku Diril，Nvidia公司
——David APatterson，加利福尼亚大学伯克利分校
本书为传统的教学内容提供了新的视角。很多教科书看上去像繁杂的灌木丛，作者在这 本书中将“枯枝”去除，同时保留了最基本的内容，并把这些内容放到了现代的环境中。因此，他们提供的教材可以激发学生未来挑战设计方案的兴趣。
——Jim Frenzel，爱达荷大学
Harris的写作风格引人入胜，而且能提供很多知识。他们对材料的运用水平很高，通过大量的图来引导学生进入计算机工程领域。组合逻辑电路、微体系结构和存储器系统等内容处理得非常好。
——James PinterLucke，克莱蒙麦肯纳学院
Harris的这本书非常清晰且易于理解。习题的设计非常好，同时也提供了很多现实案例。这本书避免了许多其他教材中冗长而费解的解释。很明显，作者花费了很多时间和努力来提高这本书的可读性。本人强烈推荐这本书。
——Peiyi Zhao，查普曼大学
Harris撰写了一部成功融合数字系统设计和计算机体系结构的教材。这是一本很受欢迎的教科书， 它介绍了很多数字系统设计的内容，同时详细解释了MIPS体系结构的细节。本人强烈推荐这本书。
——James EStine，Jr，俄克拉荷马州立大学
这是一本令人印象深刻的书。Harris将晶体管、电路、逻辑门、有限状态机、存储器、算术部件等微处理器设计中的所有重要元素完美地结合在一起，并最终引出计算机体系结构。这本书为理解如何完美地设计复杂系统提供了很好的指导。
——Jaeha Kim, Rambus公司
这是一本写得非常好的书，不仅适用于第一次学习这些领域的年轻工程师，而且可以为有经验的工程师提供参考。本人强烈推荐这本书。
——AUtku Diril，Nvidia公司
