數(shù)字設(shè)計和計算機體系結(jié)構(gòu)（英文版 RISC-V版）

Contents
Preface iv
About the Authors x
Chapter 1　From Zero to One 1
1.1　　 The Game Plan　 1
1.2　　 The Art of Managing Complexity 2
1.2.1　　 Abstraction 2
1.2.2　　 Discipline 3
1.2.3　　　The Three -Y’s　 4
1.3　　 The Digital Abstraction 5
1.4　　 Number Systems 7
1.4.1　　 Decimal Numbers 7
1.4.2　　 Binary Numbers 7
1.4.3　　 Hexadecimal Numbers 9
1.4.4　　 Bytes, Nibbles, and All That Jazz 11
1.4.5　　 Binary Addition 12
1.4.6　　 Signed Binary Numbers 13
1.5　　 Logic Gates 17
1.5.1　　 NOT Gate 18
1.5.2　　 Buffer 18
1.5.3　　 AND Gate 18
1.5.4　　　OR Gate　 19
1.5.5　　　Other Two-Input Gates 19
1.5.6　　 Multiple-Input Gates 19
1.6　　 Beneath the Digital Abstraction 20
1.6.1　　 Supply Voltage 20
1.6.2　　　Logic Levels 20
1.6.3　　 Noise Margins 21
1.6.4　　 DC Transfer Characteristics 22
1.6.5　　　The Static Discipline 22
1.7　　 CMOS Transistors　 24
1.7.1　　 Semiconductors 25
1.7.2　　 Diodes　 25
1.7.3　　　Capacitors 26
1.7.4　　 nMOS and pMOS Transistors 26
1.7.5　　　CMOS NOT Gate 29
1.7.6　　　Other CMOS Logic Gates　 29
1.7.7　　　Transmission Gates 31
1.7.8　　 Pseudo-nMOS Logic 31
1.8　　 Power Consumption 32
1.9　　 Summary and a Look Ahead 34
Exercises 36
Interview Questions 50
Chapter 2　Combinational Logic Design 53
2.1　　 Introduction 53
2.2　　 Boolean Equations 56
2.2.1　　　Terminology 56
2.2.2　　 Sum-of-Products Form 56
2.2.3　　 Product-of-Sums Form 58
2.3　　 Boolean Algebra　 58
2.3.1　　 Axioms 59
2.3.2　　 Theorems of One Variable　 59
2.3.3　　　Theorems of Several Variables 60
2.3.4　　 The Truth Behind It All 62
2.3.5　　 Simplifying Equations　 63
2.4　　 From Logic to Gates 64
2.5　　 Multilevel Combinational Logic 67
2.5.1　　 Hardware Reduction　 68
2.5.2　　 Bubble Pushing　 69
2.6　　 X’s and Z’s, Oh My 71
2.6.1　　 Illegal Value: X 71
2.6.2　　 Floating Value: Z 72
2.7　　 Karnaugh Maps 73
2.7.1　　　Circular Thinking 74
2.7.2　　 Logic Minimization with K-Maps 75
2.7.3　　 Don’t Cares 79
2.7.4　　　The Big Picture 80
2.8　　 Combinational Building Blocks 81
2.8.1　　 Multiplexers 81
2.8.2　　 Decoders 84
2.9　　 Timing 86
2.9.1　　 Propagation and Contamination Delay 86
2.9.2　　　Glitches 90
2.10　 Summary 93
Exercises 95
Interview Questions 　104
Chapter 3　sequential Logic Design 107
3.1　　 Introduction 　107
3.2　　 Latches and Flip-Flops 　107
3.2.1　　 SR Latch　 　109
3.2.2　　 D Latch 　111
3.2.3　　 D FIip-Flop 　112
3.2.4　　　Register　 　112
3.2.5　　 Enabled Flip-Flop 　113
3.2.6　　　Resettable Flip-Flop 　114
3.2.7　　 Transistor-Level Latch and Flip-Flop
Designs 　114
3.2.8　　 Putting It All Together 　116
3.3　　 Synchronous Logic Design 　117
3.3.1　　 Some Problematic Circuits 　117
3.3.2　　 Synchronous Sequential Circuits 　118
3.3.3　　 Synchronous and Asynchronous
Circuits 　120
3.4　　 Finite State Machines 　121
3.4.1　　 FSM Design Example 　121
3.4.2　　 State Encodings 　127
3.4.3　　 Moore and Mealy Machines 　130
3.4.4　　 Factoring State Machines 　132
3.4.5　　 Deriving an FSM from a Schematic　 　135
3.4.6　　 FSM Review 　138
3.5　　 Timing of Sequential Logic 　139
3.5.1　　 The Dynamic Discipline　 　140
3.5.2　　 System Timing 　140
3.5.3　　　Clock Skew 　146
3.5.4　　 Metastability 　149
3.5.5　　 Synchronizers 　150
3.5.6　　 Derivation of Resolution Time 　152
3.6　　 Parallelism 　155
3.7　　 Summary 　159
Exercises 　160
Int