清華大學計算機係列教材：計算機組成與結構（第5版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王愛英 編

圖書標籤:

• 計算機組成原理
• 計算機體係結構
• 清華大學
• 教材
• 計算機科學
• 數字電路
• 匯編語言
• 存儲係統
• 處理器
• 計算機硬件

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302290117

版次：5

商品編碼：11169601

品牌：清華大學

包裝：平裝

叢書名： 北京高等教育精品教材

開本：16開

齣版時間：2013-01-01

用紙：膠版紙

頁數：329

字數：521000

正文語種：中文

編輯推薦

　　本書榮獲如下奬項：
　　第1版獲第三屆全國工科電子類優秀教材二等奬
　　第2版獲中華人民共和國教育部科技進步三等奬
　　第3版被評為北京高等教育精品教材
　　第4版被評為普通高等教育“十一五”國傢規劃教材
　　第5版被評為清華大學985校級首批名優教材
　　本書是國內非常優秀的計算機組成與結構教材材！
　　本書的配套教材是《計算機組成與結構（第5版）習題詳解、實驗和CPU設計指導》。

內容簡介

　　

　　《清華大學計算機係列教材：計算機組成與結構（第5版）》共分12章。第1章-第10章主要論述計算機的基本組成原理和結構，內容包括數製和碼製，基本邏輯部件，構成計算機係統的中央處理器（CPU）、存儲器係統以及輸入輸齣（I/O）係統等。第11章討論瞭計算機係統和基於互聯網的應用。第12章介紹瞭計算機硬件技術的發展及其實施基礎。
　　《清華大學計算機係列教材：計算機組成與結構（第5版）》可作為理工科大學生學習“計算機組成與結構”課程或“計算機組成原理”課程的教材，也可供計算機研發和應用領域的工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章 計算機係統概論
1.1 計算機的誕生和發展
1.2 計算機的硬件
1.3 計算機的軟件
1.4 計算機網絡基礎
習題

第2章 計算機的邏輯部件
2.1 計算機中常用的組閤邏輯電路
2.1.1 三態電路
2.1.2 異或門及其應用
2.1.3 加法器
2.1.4 譯碼器
2.1.5 數據選擇器
2.2 時序邏輯電路
2.2.1 觸發器
2.2.2 寄存器和移位寄存器
2.2.3 計數器
2.3 陣列邏輯電路
2.3.1 隻讀存儲器（RoM）
2.3.2 可編程序邏輯陣列（PLA）
2.3.3 可編程序陣列邏輯（PAL）
2.3.4 通用陣列邏輯（GAL）
2.3.5 門陣列（GA）、宏單元陣列（MCA）和標準單元陣列（SCA）
2.3.6 現場可編程序門陣列（FPGA）
習題

第3章 運算方法和運算部件
3.1 數據的錶示方法和轉換
3.1.1 數值型數據的錶示和轉換
3.1.2 十進製數的編碼與運算
3.2 帶符號的二進製數據在計算機中的錶示方法及加減法運算
3.2.1 原碼、補碼、反碼及其加減法運算
3.2.2 加減法運算的溢齣處理
3.2.3 定點數和浮點數
3.3 二進製乘法運算
3.3.1 定點數一位乘法
3.3.2 定點數二位乘法
3.3.3 陣列乘法器
3.4 二進製除法運算
3.4.1 定點除法運算
3.4.2 提高除法運算速度的方法舉例
3.5 浮點數的運算方法
3.5.1 浮點數的加減法運算
3.5.2 浮點數的乘除法運算
3.6 運算部件
3.7 數據校驗碼
3.7.1 奇偶校驗碼
3.7.2 海明校驗碼
3.7.3 循環冗餘校驗（CRC）碼
習題

第4章 主存儲器
4.1 主存儲器分類、技術指標和基本操作
4.2 讀／寫存儲器
4.3 非易失性半導體存儲器
4.4 存儲器的組成與控製
4.5 多體交叉存儲器
習題

第5章 指令係統
5.1 指令係統的發展
5.2 指令格式
5.2.1 指令格式
5.2.2 指令操作碼的擴展技術
5.2.3 指令長度與數據字長的關係
5.3 尋址方式
5.4 指令類型
5.4.1 指令的分類及功能
5.4.2 雙字長運算（子程序舉例）
5.4.3 指令係統的兼容性
5.5 精簡指令係統計算機（RISC）和復雜指令係統計算機（CISC）
5.5.1 CISC的特點
5.5.2 RISC的産生與發展
5.5.3 RISC的特點
5.6 指令係統舉例
……
第6章 中央處理器
第7章 存儲係統
第8章 輔助存儲器
第9章 輸入輸齣（I/O）設備
第10章 輸入輸齣（I/O）係統
第11章 計算機係統和基於互聯網的應用
第12章 計算機係統硬件技術的發展及其實施基礎

習題答案
參考文獻

前言/序言

　　本書是為計算機專業的學生以及從事計算機科學與技術研究與開發的工程技術人員編寫的，但同樣適閤電子類其他專業（如自動化、微電子、通信等）的學生使用。本書從計算機基本原理講起，密切注意與當前計算機發展水平相結閤，內容廣泛，同時力圖貫徹少而精的原則。
　　本書於1989年初次齣版，第2、3、4版分彆在1995年、2001年和2007年問世。承濛各界厚愛，本書發行量已達到60餘萬冊，並先後獲得電子部和教育部的奬勵，被評定為北京高等教育精品教材。眾所周知，計算機應用推廣極為迅猛，計算技術與移動通信、視頻技術日益融閤。為瞭更好地為教學和讀者服務，我們不斷對本書進行修訂，跟蹤技術的發展，調整和充實內容，並提高可讀性，以有利於教學工作的開展。
　　改革開放以來，我國經濟建設各方麵取得瞭很大成就，在科學、技術和製造等領域，正從引進嚮創新階段邁進，隻有創新纔能自立。計算機軟件和微電子是國傢重點發展的目標，計算機軟件運行在計算機上，微電子的水平體現在微處理器的設計和製造能力上，其他學科也有類似情況，這就說明瞭為什麼多個專業都需要瞭解計算機硬件。
　　在本書中我們把計算機結構定義為係統程序員所能見到的計算機硬件特性，計算機組成則是指計算機硬件的具體實現。
　　本書的第1章對計算機係統進行瞭綜述，第2章～第10章著重闡述構成一颱計算機的基本原理。由於計算機技術發展很快，某些觀點會隨著計算機的發展而産生變化，因此希望讀者著重於基本原理的理解。例如，對於計算機的各個功能部件，應著重瞭解它們在整機中的作用以及由此而分配給各部件所要完成的任務，從而正確設計或選用硬件，而不緻被眾多的、風格各異的計算機結構及組成所迷惑。根據摩爾定律，半導體芯片的集成度每隔18個月翻一番，計算機的功能和性能也隨之提高，由此可理解計算機技術的發展是必然的。這就可以說明為什麼過去僅在大型機中纔采用的流水綫組織、並行處理、cache和虛擬存儲器等技術可以移到微處理器芯片中去實現。隨著互聯網(Internet)的發展，計算機和網絡已融為一體，對計算機的結構影響很大；更由於操作係統與硬件、網絡和應用關係密切，因此在第11章中介紹瞭操作係統和計算機網絡的基本概念，為後續課程的學習起引導作用。
　　第12章講述瞭計算機硬件技術的發展及其實施基礎，強調瞭計算機嚮高性能和普及應用方嚮發展的實現與采取的技術措施。目前計算機的硬件設計已深入到微電子領域，作為計算機、自動化、微電子和電子類其他專業的學生，今後會有一部分人從事硬件設計工作。因此在本章中介紹一些基礎知識。
　　本書的第1版經過當時的清華大學計算機係“計算機原理”教學小組討論、參與和試用。後來因計算機科技的發展以及進一步提高教學質量等原因，對本書進行瞭多次重大的修改、調整和補充。在本書第4版中，第2章和第12章的部分內容（硬件描述語言）由王爾乾編寫，蔡月茹提供瞭一部分習題和答案。在第5版中，第11章由楊蔚明編寫，楊健、葉鬱和楊蔚明提供瞭與當前計算技術和應用相關的資料。王愛英對全書進行瞭修改和整理。在此嚮所有為本書的齣版付齣勞動的老師和同事們錶示感謝。
　　最後嚮使用本書作為教材的老師和同學們以及廣大的讀者錶示感謝，正是依靠你們，本書的作用纔得以發揮。
　　編者2012年5月

《計算機係統架構：底層原理與實踐》 內容簡介 這是一本深度剖析現代計算機係統底層運行機製的著作，旨在為讀者構建一個清晰、紮實的計算機科學基礎。本書以構建和理解復雜計算係統為核心目標，循序漸進地揭示瞭從最基礎的邏輯門到高級處理器設計的演進過程，並深入探討瞭不同抽象層次之間的聯係與權衡。本書不僅側重於理論的闡述，更強調與實際工程應用的結閤，通過豐富的實例和思考題，引導讀者將理論知識轉化為解決實際問題的能力。 第一部分：數字邏輯與基本元件 在數字化浪潮席捲全球的今天，理解計算機的語言——二進製，以及構成這一切的基石，數字邏輯，是通往計算機科學殿堂的第一步。本書的開篇，我們將從最基本的邏輯門（AND, OR, NOT, XOR等）齣發，這些看似簡單的邏輯單元，卻是構建一切計算能力的最根本模塊。我們將詳細介紹它們的真值錶、邏輯錶達式以及在物理電路中的實現方式。 隨後，我們將進一步探索如何利用這些基本邏輯門組閤齣更復雜的數字電路，例如組閤邏輯電路（如加法器、多路選擇器、譯碼器）和時序邏輯電路（如觸發器、寄存器、計數器）。理解這些電路的工作原理，是理解計算機如何進行數據處理、存儲和控製的基礎。我們將深入分析這些電路的設計思路、工作流程以及它們在現代計算機中所扮演的關鍵角色。例如，我們將探討全加器是如何一步步纍加二進製數，以及D觸發器如何實現狀態的存儲，為後續的處理器設計奠定堅實的基礎。 第二部分：數據錶示與運算 計算機處理的是數字，而這些數字在計算機內部又是如何錶示的呢？本書將詳細講解二進製、八進製、十進製和十六進製之間的轉換，以及它們在計算機係統中的應用。重點將放在二進製錶示上，包括整數的無符號和帶符號錶示（如原碼、反碼、補碼），以及浮點數的錶示（如IEEE 754標準）。理解這些錶示方法，對於深入理解計算機的算術邏輯單元（ALU）如何執行加、減、乘、除等運算至關重要。 我們還將探討計算機如何執行這些基本的算術和邏輯運算。這將包括對加法器、減法器、乘法器和除法器等算術電路的設計原理和實現方式的深入剖析。同時，邏輯運算（AND, OR, XOR, NOT）在數據處理中的應用也將被詳細闡述。本書將特彆關注溢齣問題在算術運算中的檢測與處理，以及邏輯運算在位掩碼、條件判斷等場景中的應用。 第三部分：處理器架構與指令集 處理器是計算機的“大腦”，其設計是計算機係統復雜性的核心體現。本部分將引領讀者走進處理器設計的殿堂，從最基礎的CPU結構開始，逐步構建起對現代處理器工作原理的認知。我們將詳細介紹CPU的五大組成部分：控製單元、算術邏輯單元（ALU）、寄存器組、時鍾以及總綫接口。 我們將深入解析指令集架構（ISA）的概念，這是硬件與軟件之間的橋梁。讀者將瞭解指令的格式、尋址方式以及不同類型的指令（數據傳送指令、算術邏輯指令、控製流指令等）是如何被CPU執行的。我們將以一個簡化的RISC（精簡指令集計算機）指令集為例，逐步講解CPU如何完成一個指令的提取、解碼、執行、寫迴（Fetch-Decode-Execute）的完整周期。 為瞭提高處理器性能，流水綫技術是不可或缺的。本書將詳細講解指令流水綫的工作原理，包括五個階段（取指、解碼、執行、訪存、寫迴）是如何並行工作的，以及如何通過優化流水綫來提高指令吞吐量。同時，我們將探討流水綫中可能齣現的衝突（結構衝突、數據衝突、控製衝突）以及相應的解決方案（如暫停、轉發、分支預測）。 第四部分：存儲器係統 存儲器是計算機係統中不可或缺的一部分，它負責存儲程序指令和數據。本書將全麵介紹計算機的存儲器層次結構，從速度最快、容量最小的寄存器，到高速緩存（Cache），再到主存儲器（RAM），以及速度最慢、容量最大的外部存儲器（如硬盤）。我們將深入探討各個層次存儲器的特性、工作原理以及它們之間是如何協同工作的。 重點將放在緩存（Cache）的設計與原理。我們將詳細講解緩存的工作原理，包括緩存的映射方式（直接映射、全相聯映射、組相聯映射）、塊替換算法（如LRU）以及寫策略（寫迴、寫通）。理解緩存的命中與未命中機製，對於優化程序性能至關重要。 我們還將深入介紹主存儲器（RAM）的工作原理，包括DRAM和SRAM的結構和特性。對於外部存儲器，我們將簡要介紹硬盤的讀寫機製以及固態硬盤（SSD）的工作原理，以及它們在整個存儲層次結構中的作用。 第五部分：輸入/輸齣（I/O）係統 計算機需要與外部世界進行交互，這主要通過輸入/輸齣（I/O）設備完成。本部分將深入探討I/O係統的設計和工作原理。我們將介紹I/O設備與CPU之間的數據傳輸方式，包括程序控製I/O、中斷驅動I/O以及直接內存訪問（DMA）。DMA的引入極大地減輕瞭CPU的負擔，提高瞭I/O效率，我們將詳細分析其工作流程。 本書還將介紹總綫（Bus）的概念，它是連接CPU、存儲器和I/O設備的關鍵通信路徑。我們將探討不同類型的總綫（如係統總綫、I/O總綫），總綫的協議和仲裁機製。 第六部分：並行與分布式計算導論 隨著計算需求的不斷增長，單核處理器的性能提升逐漸遇到瓶頸，並行與分布式計算應運而生。本書將為讀者打開一扇瞭解這些先進計算範式的大門。我們將介紹並行計算的基本概念，包括任務級並行和指令級並行。 我們將探討多核處理器的架構，以及它們如何通過共享緩存和私有緩存來提高計算效率。隨後，我們將引入分布式係統的概念，例如集群計算、網格計算和雲計算，並簡要介紹它們的基本原理和應用場景。讀者將對如何利用多颱計算機協同完成復雜計算任務有一個初步的認識。 第七部分：係統性能分析與優化 理解計算機係統如何工作僅僅是第一步，更重要的是如何讓它更好地工作。本部分將指導讀者如何對計算機係統的性能進行分析和評估。我們將介紹性能衡量的指標，如時鍾速度、指令周期、吞吐量和延遲。 本書將探討影響計算機係統性能的關鍵因素，包括指令集架構、處理器設計、存儲器層次結構、I/O帶寬以及軟件優化。讀者將學習到如何通過代碼優化、算法選擇以及利用編譯器指令等方法來提高程序的執行效率。我們將通過實例分析，展示如何識彆性能瓶頸並采取相應的優化措施。 結語 《計算機係統架構：底層原理與實踐》力求為讀者提供一個全麵而深入的計算機係統理解框架。從最基礎的數字邏輯到復雜的並行計算，本書層層遞進，將抽象的概念具象化，將理論與實踐緊密結閤。我們希望通過本書的學習，讀者能夠不僅理解“是什麼”，更能理解“為什麼”和“怎麼做”，為他們在計算機科學領域的進一步學習和實踐打下堅實的基礎，激發他們對計算機係統深層奧秘的探索熱情。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的時候，我正好在準備一個相關的技術麵試，抱著試試看的心態翻閱瞭一下。沒想到，裏麵的內容比我想象的要深入和全麵得多。尤其是在處理器設計部分，關於指令集架構（ISA）的選擇、微架構的優化策略，以及如何權衡性能、功耗和麵積（PPA）的討論，都讓我大開眼界。書中對現代CPU的一些核心技術，比如分支預測、亂序執行、緩存一緻性協議等，都有非常詳盡的闡述，並且結閤瞭大量的實例來加以說明。我特彆欣賞作者在講解過程中所展現齣的深度和廣度，他似乎對計算機體係結構的每一個細節都瞭如指掌，並且能夠用簡潔明瞭的語言將其解釋清楚。對於我這種在實際工作中接觸過一些底層開發但對硬件原理不甚瞭解的人來說，這本書簡直是一本“救星”。它不僅填補瞭我知識上的空白，還讓我對計算機底層是如何工作的有瞭全新的認識，這對於我後續的麵試準備和實際工作都起到瞭至關重要的作用。

評分☆☆☆☆☆

我是一名軟件工程師，經常需要與底層係統打交道，但對計算機硬件的原理一直沒有一個清晰的認識。偶然間，我翻閱瞭這本《計算機組成與結構（第5版）》。這本書的講解方式非常獨特，它不像一些理論教材那樣枯燥乏味，而是充滿瞭邏輯性和啓發性。作者以一種“循序漸進”的方式，將一個復雜的計算機係統分解成一個個相對獨立的部分，然後分彆進行深入的剖析。從最基礎的二進製數據錶示，到各種邏輯電路的組閤，再到CPU如何執行指令，內存如何存儲數據，以及各種I/O設備如何與CPU進行交互，每一個環節都被講解得條理清晰。我特彆欣賞書中對於“性能優化”和“資源管理”的探討，這對於我理解程序運行的效率瓶頸非常有幫助。讀完這本書，我感覺自己對計算機的理解從“黑箱”變成瞭“透明”，能夠更從容地分析和解決一些底層的技術問題，對於我未來的職業發展具有重要意義。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常有學術氣息，采用瞭深藍色背景，搭配白色的文字，顯得既莊重又專業。翻開書頁，一股淡淡的油墨香撲鼻而來，這種感覺是電子書無法替代的。我最喜歡的是它清晰的排版和大量的圖示，無論是CPU的內部結構、內存的尋址方式，還是總綫的通信協議，都被細緻入微地繪製齣來。這些圖不僅僅是裝飾，更是理解復雜概念的絕佳輔助。作者在講解過程中，總是能從宏觀到微觀，一步步地引導讀者深入理解。比如，在講解指令流水綫時，作者並沒有直接拋齣復雜的模型，而是先從簡單的指令執行過程講起，再逐步引入指令衝突、停頓等問題，最後纔引齣流水綫技術，這種循序漸進的方式讓我在學習過程中感到十分順暢，一點也不覺得吃力。而且，書中對於一些經典計算機體係結構的講解，如x86架構的演進，也讓我對現代計算機硬件的發展曆程有瞭更深的認識。總的來說，這本書是一本非常值得反復閱讀和參考的經典教材，它不僅教會我知識，更培養瞭我嚴謹的治學態度。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對計算機底層技術充滿好奇的學生，一直想深入瞭解計算機是如何工作的。在眾多的教材中，《計算機組成與結構（第5版）》以其權威性和深度吸引瞭我。這本書的語言風格非常嚴謹，但又不失通俗易懂。作者在講解每一個概念時，都會先給齣清晰的定義，然後通過理論分析和實際案例相結閤的方式來解釋。我尤其喜歡書中對數據錶示、邏輯運算、以及CPU指令集部分的詳細講解。對於那些二進製、十六進製的轉換，以及各種邏輯門電路的工作原理，作者都進行瞭細緻的梳理，讓我能夠清晰地理解計算機是如何進行計算的。而且，書中關於存儲器的層次結構，包括寄存器、緩存、主存和外存之間的關係，以及它們如何協同工作來提高數據訪問效率，我也覺得非常有啓發性。這本書對我而言，不僅僅是一本教科書，更是一扇打開計算機世界大門的鑰匙，讓我得以窺探到那些隱藏在代碼之下的神奇邏輯。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對計算機硬件設計領域感興趣的初學者，我一直在尋找一本能夠係統性地介紹計算機組成原理的入門讀物。《清華大學計算機係列教材：計算機組成與結構（第5版）》無疑成為瞭我的首選。這本書的知識體係非常完整，從最基礎的二進製數和邏輯門電路開始，逐步深入到CPU的內部結構、存儲器係統、I/O設備以及總綫係統。讓我印象深刻的是，作者在講解過程中，非常注重理論與實踐的結閤。書中穿插瞭大量的圖例和錶格，幫助我更直觀地理解抽象的概念。例如，在介紹指令格式時，作者會給齣具體的指令編碼示例，並分析其含義，這比單純的理論描述要生動得多。此外，書中對於現代計算機體係結構的一些前沿技術的介紹，如多核處理器、並行計算等，也讓我看到瞭這個領域的發展方嚮。雖然有些內容對我來說還有些難度，但我相信通過反復研讀和思考，我一定能夠掌握這些知識。

評分☆☆☆☆☆

作者寫的不錯，好書，中國人寫的好書不多

評分☆☆☆☆☆

作者寫的不錯，好書，中國人寫的好書不多

評分☆☆☆☆☆

給女朋友買的，她單詞不太好，希望用這個方法她能有進步吧，加油！

評分☆☆☆☆☆

.........................自學纍啊

評分☆☆☆☆☆

東西不錯，考完收獲應該挺大的

評分☆☆☆☆☆

學習C語言的經典教程 慢慢學

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

書很好，再搭配著慕課網的網絡課，多做做練習，學起來入門還是很容易的

評分☆☆☆☆☆

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