本書的獨特之處在于從計算機體系結(jié)構(gòu)的角度呈現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計，從1和0開始，逐步引領(lǐng)讀者了解微處理器的設(shè)計。
我們相信，構(gòu)建微處理器是工程和計算機科學專業(yè)學生的特殊“儀式”。處理器的內(nèi)部工作對于不熟悉的人來說似乎是神奇的，但經(jīng)過仔細解釋后，其實是直截了當?shù)�。�?shù)字設(shè)計本身就是一個強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)。作為最初的精簡指令集計算體系結(jié)構(gòu)之一，MIPS非常簡潔，易于理解和構(gòu)建。今天，MIPS仍然是一個重要的體系結(jié)構(gòu)，在2013年被Imagination Technologies收購后，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。這段時間出貨了超過500億個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，幾乎所有在售的手機和平板電腦都包含一個或多個ARM處理器。有報道預測數(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)器市場挑戰(zhàn)Intel。由于其商業(yè)重要性和學生的興趣，我們撰寫了本書的ARM版本。
在教學上，MIPS和ARM版本的學習目標是相同的。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單板計算機。
只要市場依然有需求，我們就希望能夠同時提供MIPS和ARM兩個版本。
特點
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)計實踐的中心，而設(shè)計者分成了SystemVerilog語言和VHDL語言兩個陣營。在介紹組合邏輯和時序邏輯設(shè)計后，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)計處理器的模塊和整個處理器。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，讀者在專業(yè)實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)，因為它是一種每年應(yīng)用于數(shù)百萬種產(chǎn)品中的真實體系結(jié)構(gòu)，但又十分精簡且易于學習。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許可復制。
現(xiàn)實世界視角
除了討論ARM體系結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實世界視角外，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（在線補充資料）還描述了Raspberry Pi單板計算機環(huán)境中的外圍設(shè)備，這是一個非常流行的基于ARM的平臺。這些現(xiàn)實世界視角的章節(jié)展示了該章中的概念與許多PC和消費電子產(chǎn)品中的芯片之間的關(guān)系。
高級微體系結(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，包括分支預測、超標量、亂序執(zhí)行、多線程和多核處理器。這些內(nèi)容對于第一次上體系結(jié)構(gòu)課程的學生比較易于理解，展示了本書中的微結(jié)構(gòu)原理是如何擴展到現(xiàn)代處理器設(shè)計中的。
章末的習題和面試問題
學習數(shù)字設(shè)計的最佳方式是實踐。每章末尾都有很多習題用于實踐所講述的內(nèi)容。習題后面是一組由這個領(lǐng)域工業(yè)界的同事向申請工作的學生提出的面試問題。這些問題可以讓學生感受到面試過程中可能遇到的典型問題類型。習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。
在線補充資料
補充資料可以通過booksite.elsevier.com/9780128000564獲得。這個對所有讀者開放的配套網(wǎng)站包括以下內(nèi)容：
奇數(shù)編號習題的答案；
Altera公司專業(yè)級計算機輔助設(shè)計工具的鏈接；
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；
簡單的課程和實驗素材；
勘誤表。
教師網(wǎng)站包括：
所有習題的答案；
鏈接到Altera的專業(yè)級計算機輔助設(shè)計（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，同時也提供了關(guān)于構(gòu)建實驗的詳細資料。
如何在課程中使用軟件工具
Altera Quartus Ⅱ
Quartus Ⅱ Web Edition是專業(yè)級Quartu Ⅱ FPGA設(shè)計工具的免費版本�；�于此軟件，學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。在完成設(shè)計后，學生可以使用Altera Quartus Ⅱ Web Edition中包含的ModelSim-Altera Star