計算機係列教材：計算機體係結構 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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☆☆☆☆☆

王誌英 等 著

圖書標籤:

• 計算機
• 體係結構
• 計算機科學
• 教材
• 高等教育
• 計算機硬件
• 數字邏輯
• 處理器
• 存儲係統
• 並行計算
• 性能優化

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302231301

版次：1

商品編碼：10400512

品牌：清華大學

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2010-10-01

用紙：膠版紙

頁數：324

內容簡介

《計算機係列教材：計算機體係結構》參考國內外最經典的教材，重點論述現代大多數計算機體係結構都采用的比較成熟的基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法，並特彆強調采用量化的分析方法。主要內容：計算機體係結構和並行陸等基本概念；計算機指令集結構設計中的一些問題；流水綫的基本概念和性能分析，嚮量處理機的結構及特點、關鍵技術以及陸能評價；指令級並行，包括利用軟、硬件技術開發程序中存在的指令間並行陸的技術和方法；存儲層次，包括Cache的基本知識、降低Cache失效率的方法、減少Cache失效開銷的方法以及減少命中時間的方法；輸入輸齣係統，包括外部存儲設備、I／O設備與CPU和存儲器的連接、廉價磁盤冗餘陣列RAID，I／O係統性能分析；多處理機，包括多處理機的存儲器體係結構、互連網絡、同步機製以及同時多綫程技術；機群計算機，包括機群的結構、軟件模型以及機群的分類，並介紹4個典型的機群係統。
《計算機係列教材：計算機體係結構》內容的可讀性好，語言簡練，深入淺齣，通俗易懂。適閤作為高等院校計算機科學與技術學科各專業以及自動化、電子工程等相關專業本科生、研究生的教材，也可作為計算機領域工程技術人員的參考書。

目錄

第1章 計算機體係結構的基本概念
1．1 計算機體係結構的概念
1．1．1 存儲程序計算機
1．1．2 計算機體係結構、組成和實現
1．1．3 計算機係統中的層次概念
1．1．4 係列機和兼容

1．2 計算機體係結構的發展
1．2．1 計算機分代、分型與分類
1．2．2 軟件的發展
1．2．3 應用的發展
1．2．4 集成電路的發展
1．2．5 計算機體係結構的發展
1．2．6 並行處理技術的發展

1．3 計算機係統設計和分析
1．3．1 成本與價格
1．3．2 基準測試程序
1．3．3 量化設計的基本原則
1．4 小結
習題1
第2章 指令係統
第3章 流水綫技術
第4章 指令級並行
第5章 存儲層次
第6章 輸入輸齣係統
第7章 多處理機
第8章 機群計算機
參考文獻

前言/序言

《計算機係列教材：計算機體係結構》一書，聚焦於計算機係統的核心設計與運作原理，為讀者勾勒齣一幅宏大而精密的藍圖。本書旨在深入剖析現代計算機之所以能夠高效、穩定地執行復雜指令的內在機製，其內容涵蓋瞭從最基礎的硬件組件到復雜的係統級優化，層層遞進，力求讓讀者對計算機的“骨骼”與“靈魂”有透徹的理解。 第一部分：指令集體係結構 (ISA) 的基石 本書的開篇，將帶領讀者走進指令集體係結構 (Instruction Set Architecture, ISA) 的世界。ISA 是軟件與硬件之間的橋梁，定義瞭處理器能夠理解並執行的指令集。我們將詳細探討不同 ISA 的設計哲學，如 RISC (精簡指令集計算機) 和 CISC (復雜指令集計算機) 的優劣勢，以及它們在現代計算中的演變。讀者將瞭解到指令的格式、尋址模式、數據類型以及基本的操作指令，例如算 যুক্তি、邏輯、數據傳輸和控製流指令。通過對經典 ISA 的分析，如 MIPS、ARM 和 x86，我們將揭示 ISA 設計如何影響指令的效率、編譯器的優化以及係統的性能。此外，還將深入研究流水綫 (pipelining) 的概念，這是現代處理器提高指令執行吞吐量的關鍵技術。我們將詳細解析流水綫的工作原理、潛在的衝突（如結構衝突、數據衝突和控製衝突），以及解決這些衝突的各種技術，如轉發 (forwarding) 和分支預測 (branch prediction)。理解流水綫對於掌握現代處理器的高效運作至關重要。 第二部分：處理器設計與流水綫深入解析 在此基礎上，本書將進一步深入到處理器的微體係結構 (Microarchitecture) 設計。我們將詳細闡述如何將 ISA 的指令轉化為實際的硬件操作。這包括對數據通路 (datapath) 的設計，即指令執行過程中數據流動的路徑，以及控製單元 (control unit) 的設計，負責生成控製信號以協調數據通路的各個組件。我們將重點解析指令流水綫的實現細節，包括五個階段（取指、譯碼、執行、訪存、寫迴）的細緻劃分，以及如何在每個階段進行優化以提高性能。讀者將學習到如何設計和分析各種流水綫結構，例如超標量 (superscalar) 處理器，它能夠同時執行多條指令；以及亂序執行 (out-of-order execution) 引擎，通過重新安排指令的執行順序來隱藏延遲，進一步提升處理器性能。此外，我們還將探討分支預測的各種算法，包括靜態分支預測、動態分支預測，以及更復雜的基於曆史記錄的分支預測器，它們對於減少流水綫停頓、提高程序執行效率有著舉足輕重的作用。 第三部分：存儲器體係結構與性能優化 計算機的性能很大程度上取決於其存儲器係統。本書將花費大量篇幅探討存儲器體係結構，從最靠近處理器的寄存器文件，到高速緩存 (cache memories)，再到主存 (main memory)，直至最後的輔助存儲設備。我們將深入講解緩存的工作原理，包括緩存的組織形式（直接映射、組相聯、全相聯）、塊大小、寫策略 (write-through, write-back) 以及替換策略 (LRU, FIFO)。讀者將學習如何分析緩存的命中率 (hit rate) 和未命中率 (miss rate)，以及如何通過調整緩存參數來優化程序性能。此外，我們將探討虛擬存儲器 (virtual memory) 的概念，它允許程序使用比物理內存更大的地址空間，並提供瞭內存保護和共享機製。我們將詳細解析頁錶 (page table) 的結構、頁麵置換算法 (page replacement algorithms)，以及 TLB (Translation Lookaside Buffer) 的作用，這些都是實現高效虛擬存儲器的關鍵。本書還將討論不同類型存儲器的性能特點，如 DRAM (動態隨機存取存儲器) 和 SRAM (靜態隨機存取存儲器) 的區彆，以及固態硬盤 (SSD) 和傳統硬盤 (HDD) 的性能差異，並探討如何針對這些特性進行程序優化。 第四部分：輸入/輸齣 (I/O) 係統與並行處理 除瞭處理器和存儲器，計算機的輸入/輸齣 (I/O) 係統也是不可或缺的一部分。本書將解析各種 I/O 設備的工作原理，以及它們與中央處理器 (CPU) 和存儲器之間的交互方式。我們將深入探討 I/O 控製器、總綫 (bus) 結構，以及各種 I/O 傳輸模式，如程序控製 I/O、中斷驅動 I/O 和直接內存訪問 (DMA)。DMA 技術允許 I/O 設備直接與主存進行數據傳輸，從而減輕 CPU 的負擔，提高係統整體吞吐量。 隨著計算需求的日益增長，並行處理已成為提高計算能力的主流途徑。本書將介紹不同層級的並行性，包括指令級並行性 (ILP)（已在處理器設計中討論）、數據級並行性 (DLP) 和任務級並行性 (TLP)。我們將詳細講解嚮量處理器 (vector processors) 和圖形處理器 (GPUs) 的架構，它們如何利用數據級並行性來加速大規模數據處理任務，如科學計算、圖像渲染和機器學習。此外，本書還將觸及多核處理器 (multi-core processors) 的設計，以及如何利用任務級並行性來同時執行多個獨立的計算任務。我們將探討並行編程模型和挑戰，例如同步 (synchronization)、通信 (communication) 和負載均衡 (load balancing) 等問題。 第五部分：性能評估與高級主題 為瞭量化計算機體係結構的性能，本書將介紹各種性能評估方法和基準測試 (benchmarks)。讀者將學習如何使用指令計數、時鍾周期、CPI (Cycles Per Instruction) 等指標來分析程序執行的效率，並瞭解 SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) 等行業標準的基準測試套件在評估處理器、內存和係統性能方麵的作用。 最後，本書還將對一些高級主題進行探討，以期為讀者提供更廣闊的視野。這可能包括多處理器係統 (multiprocessor systems) 的互連網絡 (interconnection networks) 設計，例如共享總綫、交叉開關網絡和分布式共享內存係統；以及對新興的計算範式，如量子計算 (quantum computing) 和神經形態計算 (neuromorphic computing) 的初步介紹，揭示它們可能帶來的顛覆性變革。 總而言之，《計算機係列教材：計算機體係結構》旨在為讀者構建一個堅實而全麵的計算機係統知識體係。通過對 ISA、處理器設計、存儲器係統、I/O 和並行處理的深入剖析，本書將幫助讀者理解計算機硬件是如何工作的，以及如何設計更高效、更強大的計算係統。無論是計算機科學專業的學生，還是希望深入瞭解計算機內在運作機製的從業者，本書都將是一份寶貴的參考資料。

評分☆☆☆☆☆

這本《計算機係列教材：計算機體係結構》簡直是為我量身定做的！作為一個對計算機底層運作原理一直充滿好奇但又不知從何下手的人，這本書提供的切入點非常棒。它沒有直接跳到晦澀難懂的匯編語言或者復雜的邏輯門電路，而是從一個宏觀的視角，逐步揭示瞭計算機這颱“機器”是如何思考和工作的。書中的插圖和圖示非常直觀，那些抽象的概念，比如指令集架構、流水綫技術、緩存機製，在作者的娓娓道來中變得清晰可見。我尤其喜歡它對於不同層次抽象的講解，從應用層到硬件層，層層遞進，讓我能夠理解一個簡單的“print”命令背後到底經曆瞭多少步精妙的設計和協調。以前總覺得計算機是個黑盒子，現在感覺自己好像拿到瞭一把鑰匙，能夠窺探到它內部的運作奧秘。它不是那種照本宣科的書，而是充滿瞭引導性和啓發性，讓我感覺自己正在進行一場探索之旅，而不是被動地接收信息。對於初學者來說，這本書的價值無法估量，它建立瞭一個堅實的基礎，為我未來深入學習更高級的主題鋪平瞭道路。

評分☆☆☆☆☆

《計算機係列教材：計算機體係結構》這本書的內容，可以說徹底顛覆瞭我之前對計算機的一些固有認知。它以一種極其詳盡且富有邏輯性的方式，剖析瞭計算機係統的底層構造。我一直對CPU的指令流水綫技術感到睏惑，這本書通過生動形象的比喻和圖示，將復雜的流水綫原理和各種優化技術，如超標量、亂序執行等，清晰地呈現在我麵前，讓我豁然開朗。同時，書中對存儲器體係結構，包括高速緩存（Cache）的工作機製、多級緩存的策略，以及它們如何影響程序性能，都進行瞭深入的分析，這些細節的處理讓我覺得作者在知識的傳授上可謂是煞費苦心。此外，它還觸及瞭總綫協議、中斷機製以及DMA（直接內存訪問）等關鍵概念，讓我對數據在計算機內部的流動有瞭更全麵的認識。這本書的價值在於它能夠幫助讀者建立起一個堅實的理論框架，從而能夠更深入地理解和分析各種計算機係統。

評分☆☆☆☆☆

終於找到一本能讓我真正理解“性能”這個詞的含金量的書瞭。《計算機係列教材：計算機體係結構》這本書，沒有辜負我對“體係結構”這個詞的期待。它不像那些隻關注算法或者軟件設計的書籍，而是把重點放在瞭硬件如何支持軟件高效運行。我印象特彆深刻的是關於CPU設計的部分，詳細講解瞭指令譯碼、執行、寫迴等階段，還有各種預測技術和分支處理，讓我對CPU為什麼會越來越快有瞭更深刻的認識。書中對內存層次結構和緩存的講解也十分到位，解釋瞭為什麼程序運行速度會受到內存訪問速度的影響，以及如何通過閤理的設計來緩解這個問題。而且，它還觸及瞭一些關於並行計算和多核處理器的內容，雖然我之前對這些概念有所耳聞，但從未如此清晰地理解它們是如何工作的，以及它們為現代計算帶來的巨大飛躍。這本書的作者顯然是行業內的資深人士，他的經驗和見解在這本書中得到瞭充分的體現，讓我覺得學到的不僅僅是知識，更是寶貴的工程思想。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，《計算機係列教材：計算機體係結構》這本書在內容深度和廣度上都做得相當齣色，我在這本書中獲得瞭很多以前從未接觸過的知識點。它不僅僅停留在理論層麵，而是將理論與實際應用相結閤，讓我能夠理解這些體係結構概念在現實世界中的重要性。例如，書中關於I/O係統的講解，讓我明白瞭我平時使用的各種存儲設備和網絡接口是如何與CPU進行通信的，以及其中的效率瓶頸在哪裏。還有對虛擬化技術的探討，讓我對雲服務器和虛擬機的工作原理有瞭更清晰的認識。我特彆欣賞作者在處理復雜技術時的清晰思路和邏輯結構，即使是那些看似晦澀難懂的概念，在他的筆下也變得易於理解。這本書的案例分析也非常豐富，通過實際的例子來解釋抽象的理論，大大增強瞭我的學習興趣和理解能力。這本書絕對是計算機科學專業學生或者對計算機硬件感興趣的工程師不可多得的參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本書真的讓我耳目一新，《計算機係列教材：計算機體係結構》不僅僅是一本教科書，更像是一次深入計算機靈魂的對話。我之前接觸過一些計算機相關的書籍，但很多都過於側重於軟件的實現細節，而這本書則將我帶到瞭一個更根本的層麵。它以一種非常係統化的方式，講解瞭計算機係統中各個組成部分是如何協同工作的。我一直對指令集架構（ISA）感到好奇，這本書詳細闡述瞭不同ISA的特點和設計哲學，讓我明白瞭為什麼不同的處理器會有不同的指令集，以及這會對軟件開發産生怎樣的影響。另外，關於存儲器的管理和優化，以及其與CPU之間的交互，也進行瞭深入的剖析，讓我對計算機的整體性能瓶頸有瞭更深刻的理解。書中還涉及瞭一些關於功耗和能效的討論，這在當下這個時代也顯得尤為重要。總而言之，這本書為我打開瞭一扇新的大門，讓我能夠從硬件層麵更全麵地理解計算機係統。

評分☆☆☆☆☆

計算機係列教材計算機體係結構，一點，一點，一點點地看完瞭朝花夕拾，連串的時間，連串的記憶，真想將魯迅爺爺的記憶當做我的。整本文集用詞語簡潔柔和，正是魯迅爺爺的平易近人的體現。書中的抨擊，諷刺，嘲笑，正是魯迅爺爺對當時社會的反感與不滿，錶現瞭一個想讓讓民族進步，想讓社會安定，為孩子著想的魯迅爺爺。王誌英，等，園中淘氣天真的小孩子，觀菜畦、吃桑葚、聽鳴蟬與油蛉和蟋蟀的音樂會，看黃蜂、玩斑蝥、拔何首烏、摘覆盆子。到在書屋讀書習字，三言到五言，再到七言。課上偷偷畫畫，到書屋的小園玩耍。無一不體現齣小孩子追求自由，熱愛大自然的心態，也錶現瞭社會對孩子們的束縛。，這兩個人物，給魯迅先生留下瞭深刻的迴憶。兩個由當時社會造就的人物。一個下層的勞動者，善良、真誠、熱愛和關心孩子的阿長，她思想、性格上有很多消極、落後的東西，是封建社會思想毒害的結果，錶現瞭當時社會的渾濁、昏暗。正直倔強的愛國者範愛農，對革命前的黑暗社會強烈的不滿，追求革命，當時辛亥革命後又備受打擊迫害的遭遇。體現瞭舊社會人民對束縛的反抗，嚮往自由、安樂的心。人民從囚禁中走嚮瞭反抗。計算機係列教材計算機體係結構參考國內外最經典的教材，重點論述現代大多數計算機體係結構都采用的比較成熟的基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法，並特彆強調采用量化的分析方法。主要內容計算機體係結構和並行陸等基本概念計算機指令集結構設計中的一些問題流水綫的基本概念和性能分析，嚮量處理機的結構及特點、關鍵技術以及陸能評價指令級並行，包括利用軟、硬件技術開發程序中存在的指令間並行陸的技術和方法存儲層次，包括的基本知識、降低失效率的方法、減少失效開銷的方法以及減少命中時間的方法輸入輸齣係統，包括外部存儲設備、／設備與和存儲器的連接、廉價磁盤冗餘陣列，／係統性能分析多處理機，包括多處理機的存儲器體係結構、互連網絡、同步機製以及同時多綫程技術機群計算機，包括機群的結構、軟件模型以及機群的分類，並介紹4個典型的機群係統。計算機係列教材計算機體係結構內容的可讀性好，語言簡練，深入淺齣，通俗易懂。適閤作為高等院校計算機科學與技術學科各專業以及自動化、電子工程等相關專業本科生、研究生的教材，也可作為計算機領域工程技術人員的參考書。，這兩個人物，是當時社會的反照，人們受盡黑暗的壓迫，到起來反抗，經曆瞭多少次改革與戰爭，纔有瞭我們現在安定自在的生活呀！現在，我們可以愉快地生活這，傢裏有電視電話，有的還有電腦，繁雜的電器設備和自由的生活，我們不用遭受黑暗社會的壓迫，不用吃苦，更不用去鬧革命。這都是無數革命烈士用自己的先軀換來的，我們應該珍惜眼前的生活。，是魯迅爺

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晴子終於又把觀鈴領迴傢，又開始瞭共同的生活。觀鈴雖然記憶恢復瞭，但是身體還是很痛，也很衰弱。隨著晴子不分晝夜的細心的照料，觀鈴的身體一天好似一天，臉上的笑容也逐漸的增多瞭，晴子看到瞭這笑容，臉上的愁容也慢慢散去瞭，開始瞭正常的休息。在一個晴朗的日子裏，晴子推著輪椅帶觀鈴去散步，當走到一個平坦的道路時，觀鈴要求著要自己下輪椅走路，並要求晴子離開一段距離，要以她作為終點。事實上，這確實是觀鈴的終點，生命的盡頭。觀鈴其實身體一直都是在衰弱下去的，身體的疼痛也是一天天的嚴重，那露齣的笑容，看似恢復活力的身體，到底要有多大的忍耐纔能做到？到底又為瞭什麼露齣毫無破綻的笑容？晴子在這一瞬間突然明白瞭，終於醒悟瞭，但是已經很晚瞭。當觀鈴走到終點倒在她的懷裏時，她哭著，悔恨著，後悔本應十年前就開始的幸福生活，曆經瞭種種波摺

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