普通高等教育“十一五”国家级规划教材·高等学校计算机科学与技术系列教材：计算机工程设计导论

《计算机工程设计导论》特色：以计算机接口设计为例，将EDA技术、PLD设计方法、PCI总线的数据采集技术、硬件描述语言贯穿起来，并以机群和网格为例介绍可扩展计算机系统设计。强调计算机实践能力的培养。以微型计算机为核心，采用设计示例驱动的方法讨论计算机系统设计技术，内容涉及计算机接口技术、EDA技术、专用集成电路设计、PCI接口控制电路设计、机群和网格计算机系统设计等。高等学校计算机科学与技术系列教材：依据教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制的高等学校计算机科学与技术专业规范和IEEE／ACM制订的CC2001-CC2005有关教程编写。

《计算机工程设计导论》从计算机工程设计的角度介绍计算机系统的相关设计技术，以及以微机为核心建造高性能计算机的工程技术方法。全书以设计示例驱动的方法讨论计算机系统设计技术，内容包括计算机接口技术、EDA技术、专用集成电路设计、PCI接口控制电路设计、机群和网格计算机系统设计等。《计算机工程设计导论》实践性较强，所有设计内容均可在微机环境下实现，适合计算机专业本科高年级学生和研究生作为“计算机工程设计”课程教材使用，或作为从事该领域研究的科学技术人员的参考书。

第1章 引言
1.1 计算机工程
1.2 关于本书
1.2.1 关于计算机工程设计
1.2.2 内容组织
1.2.3 授课建议
1.3 本书的特点

第2章 计算机接口
2.1 接口的功能
2.2 接口的控制方式
2.3 计算机的标准接口
2.3.1 微机标准接口
2.3.2 I／O扩展槽
2.4 接口设计中的几个问题
2.5 小结
问题
实验

第3章 EDA技术
3.1 电子系统设计发展概况
3.1.1 EDA技术发展概况
3.1.2 EDA技术的优点
3.1.3 EDA软件现状
3.1.4 硬件描述语言
3.2 传统系统硬件电路设计方法
3.3 EDA硬件电路设计方法
3.4 自顶向下的设计流程
3.5 小结
问题
练习

第4章 数字集成电路设计与EDA技术
4.1 ASIC简介
4.2 ASIC设计中的主要技术
4.2.1 自顶向下的设计方法
4.2.2 硬件描述语言
4.3 ASIC芯片的设计流程
4.4 小结
问题

第5章 可编程逻辑器件及其设计
5.1 可编程逻辑器件简介
5.2 可编程逻辑器件结构
5.2.1 基于乘积项的PLD结构
5.2.2 基于查找表的PLD结构
5.3 可编程逻辑器件逻辑实现原理
5.3.1 基于乘积项PLD逻辑实现原理
5.3.2 基于查找表结构的FPGA逻辑实现原理
5.4 可编程逻辑器件设计
5.4.1 可编程逻辑器件开发软件
5.4.2 可编程逻辑器件设计流程
5.4.3 可编程逻辑器件实现
5.5 小结
实验
练习
附录

第6章 PCI接口控制电路设计
6.1 接口设计示例
6.1.1 数据采集
6.1.2 基于PCI总线的数据采集
6.1.3 设计示例的主要任务
6.2 PCI总线
6.2.1 PCI总线信号定义
6.2.2 PCI设备配置空间
6.2.3 PCI总线协议基础
6.2.4 PCI总线操作
6.3 PCI接口芯片PLX9080
6.3.1 PLx9080主要特点
6.3.2 PLX9080功能模块
6.3.3 PLX9080数据传输模式
6.4 PcI接口控制电路
6.4.1 PLX9080的连接
6.4.2 PCI接口控制电路逻辑设计
6.5 小结
问题

第7章 SDRAM控制电路设计
7.1 SDRAM概述
7.2 SDRAM控制器功能
7.3 SDRAM控制器系统设计
7.3.1 控制接口模块
7.3.2 命令模块
7.3.3 数据通路模块
7.4 小结
问题
附录

第8章 数据采集卡总控电路设计
8.1 FPGA内部寄存器读写控制模块
8.1.1 FPGA内部寄存器
8.1.2 寄存器读写控制电路
8.2 AGC电路模块
8.2.1 AGC模块输入／输出信号列表
8.2.2 AGC模块算法描述及系统结构
8.3 FPGA实现整体结构设计
8.4 小结
练习

第9章 可扩展并行计算机概述
9.1 并行处理系统
9.1.1 并行性
9.1.2 并行计算机的主要功能结构和特点
9.1.3 并行计算机的两个重要问题
9.1.4 并行处理机模型
9.1.5 并行编程模型
9.2 可扩展并行处理
9.2.1 可扩展原理
9.2.2 可扩展并行计算机系统软件原理
9.2.3 可扩展的网络服务思想
9.2.4 可扩展并行计算机系统特点
9.3 小结
问题
实验：
附录

第10章 计算机机群
10.1 机群并行处理系统
10.1.1 机群系统的系统结构
10.1.2 机群系统的特点
10.1.3 机群系统的分类
10.1.4 机群中常用的网络互连技术
10.1.5 机群系统采用的操作系统
10.2 机群体系结构
10.3 PC机群系统
10.3.1 构造PC机群的可行性
10.3.2 Pc局域网的考虑
10.3.3 PC机群系统例
10.4 机群设计的关键技术
10.4.1 可用性
10.4.2 单一系统映像
10.4.3 快速通信
10.4.4 作业管理
10.5 通信网络
10.5.1 网络拓扑结构
10.5.2 精简通信协议
10.6 PVM
10.7 MPI
10.8 PVM与MPI的比较
10.9 小结
问题

第11章 机群系统设计
11.1 机群系统设计示例
11.1.1 机群系统结构设计
11.1.2 机群系统软件
11.1.3 机群系统的扩展
11.2 机群系统性能测试
11.2.1 计算机性能测试
11.2.2 机群系统性能
11.2.3 并行计算能力测试
11.2.4 高性能计算能力测试
实验

第12章 LVS机群环境的组建示例
12.1 LinuxVirtualServer项目
12.2 LVS机群的应用
12.3 一台虚拟服务器的LVS的配置
12.3.1 网络配置工作
12.3.2 LVS的安装、配置和调试
12.3.3 实现LVS的Web服务功能
12.4 具有备份虚拟服务器的LVS的配置
12.4.1 网络配置工作
12.4.2 LVS的安装调试
12.5 小结
问题
练习

第13章 计算机网格
13.1 网格基本知识
13.1.1 网格概述
13.1.2 网格研究现状
13.1.3 网格概念
13.1.4 网格特点
13.1.5 “五层沙漏”网格结构模型
13.1.6 OGSA
13.1.7 网格应用领域
13.1.8 网格发展趋势
13.2 GT3简介
13.2.1 G13概述
13.2.2 有关GT3版本
13.3 Linux环境GT3
13.3.1 下载安装GT3
13.3.2 启动GT3
13.4 Windows环境GT3
13.4.1 下载安装支持工具
13.4.2 GT3安装与启动
13.5 Linux环境GT4
13.5.1 下栽安装支持工具
13.5.2 软件安装及环境变量设置
13.5.3 安装globus工具包
13.5.4 安全配置
13.6 小结
问题
实验
附录

第14章 存储网格
14.1 存储网格概述
14.1.1 存储网格设计目标
14.1.2 存储网格设计原则
14.2 存储网格系统实现技术
14.2.1 对象抽象描述
14.2.2 中心数据库
14.2.3 存储网格的接口函数
14.2.4 接口函数关联技术
14.2.5 存储网格Web界面
14.2.6 内部API
14.2.7 用户API
14.2.8 API使用例
14.3 小结
问题
实验
附录
参考文献
有关网址

就是在这样的技术情景下，为了适应专业发展和社会经济发展的需求，从培养学生系统、科学的设计能力考虑，结合现代计算机发展的新技术编写的。
1.简单和可行的方案
按照计算机人才培养的要求，计算机及相关专业本科生应该具备宽广的知识面和某一领域的高级知识，具备系统的观点、设计经验，要求在本科学习阶段至少参与设计一个主要项目。
计算机及相关专业本科生在学校接触最多和使用最熟练的设备应该是微机。目前微机和网络已十分普及，因此考虑工程设计问题，充分利用微机和网络资源构造计算机工程设计环境已经成为简单和可行的方案。
2.教材内容
本书的出发点是以微机为系统设计的核心，讲述围绕微机来构造系统的计算机工程设计方法。本书采用了以实际设计示例驱动的思想，介绍用微机进行工程设计包含的两个主要方面。一是设计与微机相连接的部件或微机与其他设备相连接的接口，实现具有新功能的系统；二是以微机为基本处理单元，将大量微机连接在一起，构造可扩展的高性能计算机系统。
为了方便学生对理论知识的学习和实际操作，同时也为了方便教师授课，本书提供了较为丰富的实践教学内容、设计示例等。

计算机和通信技术的迅猛发展，不仅形成了融合度最高、潜力最大、增长最快的信息产业，而且成为推动全球经济快速增长和全面变革的关键因素。进入21世纪，我国的信息产业虽然已取得了长足的发展，但与发达国家相比，还有不小的差距。国家信息化的发展和信息产业国际竞争能力的提高，迫切需要高素质、创新型的计算机专业人才。
高素质计算机专业人才的培养离不开高质量的计算机教育。我们的专业虽然机会多，处于非常有利的条件，但是我们同样面临着一件事，就是从规模发展向质量提高的转变。怎么提高质量专业素质的教育和应用素质的训练非常重要。尤其是我国高等教育进入大众化发展阶段，社会对计算机专业人才呈现出了多样化的需求。而与此同时，计算机学科的发展已极大地突破了原有的学科体系框架，形成了在“计算机科学与技术”之下向多个专业方向发展的新格局。在这种背景下，教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制了《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）》（以下简称“专业规范”）。专业规范按照“培养规格分类”的指导思想，提出了三种类型、四个方向，即科学型（计算机科学方向），工程型（计算机工程方向、软件工程方向），应用型（信息技术方向）的计算机专业发展建议，体现了社会对不同人才类型的需求，对于指导我国计算机教学改革与建设，规范计算机教学工作，促进计算机教学质量的提高都具有重要的意义。
高水平的教材是一流教育质量的重要保证。为了配合专业规范的试行，便于广大高校教师按照新的专业规范组织实施教学，高等教育出版社在大力支持专业规范研究与起草工作的同时，还邀请规范起草小组的有关专家成立“高等学校计算机科学与技术系列教材编审委员会”，组织规划了结合计算机专业规范、面向全国高等学校计算机专业本科生的“高等学校计算机科学与技术系列教材”。令人高兴的是，一批有创新、改革精神，且有丰富教学经验的高等学校教师投身到新体系计算机专业教材的编写中来，他们用自己创造性的思维、辛勤的汗水诠释专业规范的思想，把新的课程体系和教学内容生动地传达给师生，并进行着有意义的教学实践。