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内容简介
本书是日本庆应义塾大学RESPON小组三位成员撰写的FPGA自制计算机实践教程，原名《CPU自作入門 ~HDLによる論理設計・基板製作・プログラミング~》。为了让没有芯片设计经验的读者也能真正动手，作者把一台计算机拆成三部分逐一实现：先用Verilog HDL做逻辑设计，再设计并制作电路板，最后为这台自己造的计算机写程序并上机调试。第1章从“什么是计算机、CPU、内存、I/O、总线”讲起，补足数字电路基础与Verilog HDL语法，然后依次实现总线、存储器、作者自行设计的AZ Processor处理器以及定时器、串口等I/O模块，组合成一台完整的小型计算机系统；第2章讲解电路板的设计与制作，包括元器件选型、原理图与布局布线等内容；第3章为这台计算机编写并运行汇编程序，完成软硬件协同的系统调试。全书以实例开路、边实践边讲原理，帮助软件工程师理解硬件底层、写出更高效的代码，也帮助硬件工程师在此基础之上定制自己的硬件系统。
编辑推荐
多数讲计算机组成的书止步于原理图，这本书却要求你把整台机器真正做出来。它的价值在于“全栈贯通”：同一套系统里，逻辑设计、电路板制作、底层编程三个层面被串成一条线，读者能亲眼看到自己写的Verilog如何变成上电后会跑程序的硬件。作者来自日本庆应义塾大学RESPON小组，是三位年轻的硬件爱好者，行文带着DIY的轻松感，难度却一点不打折——从MOSFET结构、CMOS门电路、建立与保持时间讲起，一路到作者自研的AZ Processor实现，逻辑清晰、代码完整。第1章体量最大，几乎是一部可动手的计算机组成原理教材；第2章转向电烙铁与PCB，第3章回到软件，用汇编把整台机器“点亮”。对于被黑盒式开发困住的工程师，这是一本能把抽象补齐的硬核读物。翻译流畅，专业术语处理到位，是中文硬件自学书里难得的实践型作品。
适合谁读
适合
- 想理解硬件底层的软件工程师、后端与嵌入式开发者
- 学习计算机组成原理、希望把理论落到实处的本科生与研究生
- 有FPGA或数字电路基础、想亲手造一台计算机的硬件爱好者
- 准备做毕业设计或DIY项目的电子、自动化专业学生
不适合
- 完全没有编程基础、也没接触过任何逻辑电路的入门读者
- 只想快速学会写代码、不打算动手做硬件的读者
- 期待现成完整套件与保姆级步骤截图、不愿查阅资料的人
阅读建议
- 先通读第1章的1.2至1.4节，把数字电路和Verilog HDL基础打牢，再进入总线与处理器的实现。
- 边读边动手：配套代码务必在仿真环境中跑通，理解每一段模块的输入输出时序后再合入系统。
- 第2章电路板制作部分建议量力而行，可用现成FPGA开发板替代自制板卡完成上机验证。
- 遇到AZ Processor的指令与微架构内容时，可配合一本计算机组成原理教材交叉阅读，效果更佳。
出版社简介
人民邮电出版社
中国 · 成立于 1953 年
人民邮电出版社以科技、计算机与信息通信类图书见长，并由此延伸至摄影、艺术、软件学习与励志成长等门类，形成较为多元的出版方向。库内图书既涵盖《重构与模式（修订版）》《华为交换机学习指南（第二版）》等计算机与通信技术读物，也收录《小王子（中英法彩绘典藏纪念版）》《了不起的盖茨比》《假如给我三天光明》等双语典藏类作品；《北京十年：1980-1990》与《鬼刀 WLOP个人插画作品集》则体现其在摄影与艺术领域的布局。作者资源包括安东尼·圣埃克苏佩里、海伦·凯勒、Joshua Kerievsky、王达、张兆增与WLOP等。
目录
- 第1章 CPU的设计与实现
- 1.1 序
- 1.2 计算机系统
- 1.2.1 什么是计算机
- 1.2.2 什么是CPU
- 1.2.3 什么是内存
- 1.2.4 什么是I/O
- 1.2.5 什么是总线
- 1.2.6 小结
- 1.3 数字电路基础
- 1.3.1 什么是数字电路
- 1.3.2 数值表达
- 1.3.3 有符号二进制数
- 1.3.4 MOSFET的结构
- 1.3.5 逻辑运算
- 1.3.6 CMOS基本逻辑门电路
- 1.3.7 存储元件
- 1.3.8 组合电路和时序电路
- 1.3.9 时钟同步设计
- 1.3.10 小结
- 1.4 Verilog HDL语言
- 1.4.1 什么是Verilog HDL
- 1.4.2 电路描述
- 1.4.3 电路仿真
- 1.4.4 Verilog HDL的仿真环境
- 1.4.5 小结
- 1.5 系统蓝图
- 1.5.1 目标系统整体介绍
- 1.5.2 关于本章中的代码
- 1.6 总线的设计与实现
- 1.6.1 总线的设计
- 1.6.2 总线的实现
- 1.6.3 小结
- 1.7 存储器的设计与实现
- 1.7.1 FPGA的RAM区域
- 1.7.2 ROM的设计与实现
- 1.7.3 小结
- 1.8 AZ Processor的设计与实现
- 1.8.1 关于CPU
- 1.8.2 AZ Processor的设计
常见问题
这本书需要什么基础才能读？
作者定位是“只需编程基础”。实际阅读中，若具备C语言编程经验，并从第1章的数字电路和Verilog HDL部分起步，理解会顺畅很多；完全没有编程或逻辑电路经验会比较吃力。
书里的CPU是用什么实现的？
书中使用Verilog HDL做逻辑设计，并以FPGA作为实现平台，自行设计了一款名为AZ Processor的处理器，再配合总线、存储器和I/O模块组成完整的小型计算机系统。
会不会需要自己买FPGA开发板和焊接电路板？
第2章确实讲电路板设计与制作，但并非必须自制板卡。多数读者可用现成FPGA开发板替代，同样能完成逻辑下载与上机测试，动手条件可以按自身情况调整。
这本书和《CPU设计实战》有什么区别？
本书成于2014年，覆盖逻辑设计、电路板制作、汇编编程三段流程，偏全面动手实践；《CPU设计实战》更偏RISC-V流水线CPU的工程化设计。两者可互补阅读。
内容是否过时，现在还值得读吗？
书中Verilog HDL、数字电路、总线与指令集的基本原理长期有效，不会被淘汰；具体芯片型号与开发工具版本可能已旧，选用替代器件时需自行查阅最新资料。
读者评论
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