本書的獨(dú)特之處在于從計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的角度呈現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)，從1和0開始，逐步引領(lǐng)讀者了解微處理器的設(shè)計(jì)。
我們相信，構(gòu)建微處理器是工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)學(xué)生的特殊“儀式”。處理器的內(nèi)部工作對(duì)于不熟悉的人來說似乎是神奇的，但經(jīng)過仔細(xì)解釋后，其實(shí)是直截了當(dāng)?shù)摹��?shù)字設(shè)計(jì)本身就是一個(gè)強(qiáng)大而令人興奮的主題。匯編語言編程揭示了處理器所使用的內(nèi)部語言。微體系結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱為微結(jié)構(gòu)）將它們鏈接在一起。
在這本日益流行的圖書的前兩個(gè)版本中，包括了由Patterson和Hennessy所撰寫且被廣泛使用的體系結(jié)構(gòu)書籍中討論的傳統(tǒng)MIPS體系結(jié)構(gòu)。作為最初的精簡(jiǎn)指令集計(jì)算體系結(jié)構(gòu)之一，MIPS非常簡(jiǎn)潔，易于理解和構(gòu)建。今天，MIPS仍然是一個(gè)重要的體系結(jié)構(gòu)，在2013年被Imagination Technologies收購(gòu)后，又被注入了新的活力。

在過去的20年中，ARM體系結(jié)構(gòu)由于其高效和豐富的生態(tài)系統(tǒng)而大受歡迎。這段時(shí)間出貨了超過500億個(gè)ARM處理器，并且全球超過75%的人都在使用帶有ARM處理器的產(chǎn)品。在撰寫本書時(shí)，幾乎所有在售的手機(jī)和平板電腦都包含一個(gè)或多個(gè)ARM處理器。有報(bào)道預(yù)測(cè)數(shù)百億的ARM處理器將很快控制物聯(lián)網(wǎng)。許多公司正在構(gòu)建高性能ARM系統(tǒng)，以在服務(wù)器市場(chǎng)挑戰(zhàn)Intel。由于其商業(yè)重要性和學(xué)生的興趣，我們撰寫了本書的ARM版本。
在教學(xué)上，MIPS和ARM版本的學(xué)習(xí)目標(biāo)是相同的。ARM體系結(jié)構(gòu)具有許多功能，包括尋址模式和條件執(zhí)行，這些功能有助于提高效率，但增加了少量的復(fù)雜性。它與MIPS的微體系結(jié)構(gòu)也非常相似，而條件執(zhí)行和程序計(jì)數(shù)器是它們最大的差異。關(guān)于I/O的章節(jié)提供了大量使用Raspberry Pi的示例。Raspberry Pi是一種非常流行的基于ARM的嵌入式Linux單板計(jì)算機(jī)。
只要市場(chǎng)依然有需求，我們就希望能夠同時(shí)提供MIPS和ARM兩個(gè)版本。
特點(diǎn)
并列講述SystemVerilog和VHDL語言
硬件描述語言（Hardware Description Language，HDL）是現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計(jì)實(shí)踐的中心，而設(shè)計(jì)者分成了SystemVerilog語言和VHDL語言兩個(gè)陣營(yíng)。在介紹組合邏輯和時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)后，本書緊接著就在第4章中介紹硬件描述語言，并將在第5章和第7章用其來設(shè)計(jì)處理器的模塊和整個(gè)處理器。然而，如果不講授硬件描述語言，第4章可以跳過去，不影響后續(xù)章節(jié)。
本書的特色在于使用并列的方式講述SystemVerilog語言和VHDL語言，使得讀者可以快速對(duì)比兩種語言。第4章描述了適用于這兩種硬件描述語言的原則，而且并列給出了這兩種語言的語法和實(shí)例。這種并列方法使得教師可以選擇其中一種硬件描述語言講述，同時(shí)，讀者在專業(yè)實(shí)踐中也可以很快從一種描述語言轉(zhuǎn)到另一種描述語言。
ARM體系結(jié)構(gòu)和微體系結(jié)構(gòu)
第6章和第7章首次深入介紹了ARM體系結(jié)構(gòu)和微體系結(jié)構(gòu)。ARM是一種理想的體系結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗�是一種每年應(yīng)用于數(shù)百萬種產(chǎn)品中的真實(shí)體系結(jié)構(gòu)，但又十分精簡(jiǎn)且易于學(xué)習(xí)。此外，由于其在商業(yè)和業(yè)余愛好者世界中的流行，已有多種ARM體系結(jié)構(gòu)的模擬和開發(fā)工具。在本書中，所有與ARM技術(shù)相關(guān)的材料均經(jīng)ARM Limited許可復(fù)制。
現(xiàn)實(shí)世界視角
除了討論ARM體系結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)世界視角外，第6章還介紹了英特爾x86處理器的體系結(jié)構(gòu)，以提供另一種視角。第9章（在線補(bǔ)充資料）還描述了Raspberry Pi單板計(jì)算機(jī)環(huán)境中的外圍設(shè)備，這是一個(gè)非常流行的基于ARM的平臺(tái)。這些現(xiàn)實(shí)世界視角的章節(jié)展示了該章中的概念與許多PC和消費(fèi)電子產(chǎn)品中的芯片之間的關(guān)系。
高級(jí)微體系結(jié)構(gòu)概覽
第7章介紹了現(xiàn)代高性能微結(jié)構(gòu)的特征，包括分支預(yù)測(cè)、超標(biāo)量、亂序執(zhí)行、多線程和多核處理器。這些內(nèi)容對(duì)于第一次上體系結(jié)構(gòu)課程的學(xué)生比較易于理解，展示了本書中的微結(jié)構(gòu)原理是如何擴(kuò)展到現(xiàn)代處理器設(shè)計(jì)中的。
章末的習(xí)題和面試問題
學(xué)習(xí)數(shù)字設(shè)計(jì)的最佳方式是實(shí)踐。每章末尾都有很多習(xí)題用于實(shí)踐所講述的內(nèi)容。習(xí)題后面是一組由這個(gè)領(lǐng)域工業(yè)界的同事向申請(qǐng)工作的學(xué)生提出的面試問題。這些問題可以讓學(xué)生感受到面試過程中可能遇到的典型問題類型。習(xí)題的答案可以通過本書的配套網(wǎng)站和教師支持網(wǎng)站獲得。
在線補(bǔ)充資料
補(bǔ)充資料可以通過booksite.elsevier.com/9780128000564獲得。這個(gè)對(duì)所有讀者開放的配套網(wǎng)站包括以下內(nèi)容：
奇數(shù)編號(hào)習(xí)題的答案；
Altera公司專業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具的鏈接；
鏈接到Keil的ARM微控制器開發(fā)套件（MDK-ARM），這是一個(gè)用于編譯、匯編和模擬ARM處理器的C和匯編代碼的工具；
ARM處理器的硬件描述語言（HDL）代碼；
關(guān)于Altera Quartus Ⅱ工具的提示；
PPT格式的電子教案；
簡(jiǎn)單的課程和實(shí)驗(yàn)素材；
勘誤表。
教師網(wǎng)站包括：
所有習(xí)題的答案；
鏈接到Altera的專業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）工具；
PDF格式和PPT格式的書中插圖。
在線資料提供了在課程中使用Altera、Raspberry Pi和MDK-ARM工具的指南，同時(shí)也提供了關(guān)于構(gòu)建實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)資料。
如何在課程中使用軟件工具
Altera Quartus Ⅱ
Quartus Ⅱ Web Edition是專業(yè)級(jí)Quartu Ⅱ FPGA設(shè)計(jì)工具的免費(fèi)版本�；�于此軟件，學(xué)生可以使用原理圖或者硬件描述語言（SystemVerilog或VHDL）完成數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)。在完成設(shè)計(jì)后，學(xué)生可以使用Altera Quartus Ⅱ Web Edition中包含的ModelSim-Altera Star