計算機體係結構教學與習題指導（第2版） pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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張春元，羅莉，肖曉強著

圖書標籤:

計算機體係結構
教學
習題
計算機科學
高等教育
教材
處理器
存儲器
係統設計
數字邏輯

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齣版社：清華大學齣版社

ISBN：9787302448433

版次：2

商品編碼：12002471

包裝：平裝

叢書名：計算機係列教材

開本：16開

齣版時間：2016-10-01

用紙：膠版紙

頁數：243

字數：380000

正文語種：中文

具體描述

編輯推薦

　　配套教程：

本書由國防科技大學“計算機體係結構”課程教學團隊編著而成，該課程是國內首批的國傢精品課程。本書與《計算機體係結構（第2版）》和《計算機體係結構實驗（第2版）》3本配套教材同時被評為“十二五”普通高等教育國傢級規劃教材，也是國傢精品課程配套教材。該教材體現瞭作者多年來在國防科技大學從事計算機體係結構課程教學和科研的豐富積纍。本書內容新穎、充實，結構清晰、完整，文字通俗、簡潔。各章按教學指南、主要內容、例題、習題及參考答案4個部分。教學指南對每一章學習內容進行總結，理清學習的重點、要點、難點和範圍。主要內容包括每一章的基本理論、基本概念、基本公式、基本方法等內容摘要，對每一章的主要內容進行總結，檢查每一章基本內容的掌握情況。例題對課程中的典型習題進行指導性分析，重在題目類型、解題方法、解題思路和解題要點，學生也可以根據這一部分的內容對照檢查自己的學習情況，檢查自己計算機係統結構的解題能力。

　　總之，該教材內容先進、結構嚴謹、重點突齣、語言流暢、通俗易懂、難度適中，係統性、完整性和嚴謹性好，理論與實踐緊密結閤，強化係統能力、實踐能力培養，配套的教學資源豐富，便於教師講授和學生學習。該教材是多年教學改革研究的成果，在全國高校的課程改革與建設中發揮瞭很好的輻射作用。

　　l 國內第1門計算機體係結構國傢精品課的教學和習題指導教材，充分結閤瞭作者在國防科學技術大學計算機學院多年的教學經驗和科研成果。

　　l 本書作為計算機體係結構的配套教學用書，各章按教學指南、主要內容、例題、習題及參考答案4個部分組織。

　　l 內容的可讀性好，語言簡練，深入淺齣，通俗易懂。

　　l 適閤作為高校計算機專業教師、本科生及研究生計算機體係結構課程的教材。

　　教學資源：

　　l 《計算機體係結構（第2版）》：本書是國傢精品課程“計算機體係結構”的指定教材，同時也是高等學校計算機專業本科生及研究生計算機體係結構課程的通用教材。在內容的選擇上，本書重點論述瞭現代大多數計算機都采用的比較成熟的思想、結構和方法等。同時藉鑒瞭國際上公認的計算機係統結構高水平教材。

　　l PPT電子課件：主教材配套的PPT電子講稿可在清華大學齣版社網站下載。

　　l 《計算機體係結構實驗》：考慮到完成實驗的工作量，我們選擇32位DLX結構的處理器作為實驗對象，因為DLX指令係統具有規整、簡潔等優點，且具有開源的模擬器和編譯器等軟件工具供大傢使用。除瞭包含流水綫、指令級並行、cache等經典實驗內容外，本書還特彆麵嚮指令集的設計與優化專門設計瞭實驗。

　　本書是學習“計算機體係結構”課程的優秀教材，配套教學資源豐富。本書的PPT電子課件、實驗模擬程序等，可到清華大學齣版社官網下載。

內容簡介

　　本書是國傢精品課程主講教材《計算機體係結構》的配套教學用書。各章包括教學指南、主要內容、典型題目解析、習題及習題解答4個部分。教學指南對每一章學習內容進行總結，理清學習的重點、要點、難點和範圍。主要內容包括每一章的基本理論、基本概念、基本公式、基本方法等內容摘要，對每一章的主要內容進行總結，檢查每一章基本內容的掌握情況。例題對課程中的典型習題進行指導性分析，重在題目類型、解題方法、解題思路和解題要點，學生也可以根據這一部分的內容對照檢查自己的學習情況，檢查自己計算機係統結構的解題能力。

　　本書是教師講授“計算機體係結構”課程的教學參考書，也可以作為學生學習本課程的參考用書。

作者簡介

　　張春元，1996年在國防科學技術大學計算機係獲工學博士學位，現任國防科學技術大學計算機學院教授，博士生導師，享有國務院頒發的政府特殊津貼。長期從事計算機體係結構、計算機應用等科研和教學工作。主持國傢自然科學基金、國傢自然科學基金重點項目、國傢863高技術研究項目、國傢973安全重大基礎研究項目、國傢重點型號項目及企業閤作等20多項，發錶科研論文100餘篇，齣版學術專著2部，已獲授權專利10項。主講過10多門本科生和研究生課程，是國傢精品課程“計算機體係結構”主講人之一，撰寫教材3本，其中《計算機體係結構》獲得“2002年全國普通高等學校優秀教材二等奬”，發錶教學研究文章10餘篇，主編齣版有《學位與研究生教育信息管理實踐與探索》。獲得國傢科技進步二等奬1次，省部級科技進步奬多次，國傢教學成果二等奬1次，省部級教學成果奬多次。

　　羅莉，1997年在國防科學技術大學計算機係獲工學博士學位。現任國防科學技術大學計算機學院教授、碩士生導師，國傢精品課程“計算機體係結構”和“計算機原理”主講人之一。國防科學技術大學計算機學院高性能計算機創新團隊的核心成員，該團隊獲“軍隊首屆科技創新群體奬”。中國計算機學會會員，主要研究方嚮包括高性能微處理器體係結構、SOC設計技術等，作為項目負責人和主要完成人參加國傢自然科學基金、國傢863高技術項目、國傢973安全重大基礎研究項目、國傢重點型號項目等20餘項。近五年發錶論文40餘篇，參與撰寫教材三本，獲軍隊科技進步一等奬2次、二等奬2次、三等奬2次，獲國傢授權專利3項。

　　肖曉強，2000年在國防科學技術大學計算機學院獲得博士學位。現任國防科學技術大學計算機學院教授、碩士研究生導師，計算機學院計算機教學實驗中心主任，軍隊專業技術三類崗位津貼獲得者，軍隊育纔奬銀奬獲得者，“計算機學報”、“計算機研究與發展”等多個期刊的審稿人。國傢精品課程“計算機體係結構”和“計算機原理”主講人之一，先後為本科生主講瞭“大學計算機基礎”、“計算機原理與設計”、“微型計算機原理”、“計算機體係結構”、“嵌入式係統課程設計”等8門本科課程，為研究生主講瞭“係統模型與模擬”課程。已編寫齣版瞭《計算機原理與設計》和《計算機體係結構》等本科教材和3部教學輔導書。主要從事無綫網絡與移動計算、網絡可靠性分析以及計算機仿真等方麵的科研工作，在車載網絡、網絡性能參數測量、可靠性分析以及計算機建模與仿真等方麵有較深入的研究。主持國傢自然科學基金項目1項，參與多項科研項目，取得瞭多項研究成果，獲軍隊科技進步二等奬、三等奬各1次。近年來，在國際會議、國內期刊發錶論文10餘篇，教學研究論文10餘篇。

內頁插圖

前言/序言

　　本書是與王誌英主編的“國傢精品課程教材”中的《計算機體係結構》(主教材)一書完全配套的教師參考用書，也可以作為計算機科學與技術專業本科生、研究生和相關專業學生學習計算機體係結構課程的參考用書。

　　“計算機體係結構”是計算機科學與技術學科的一個重要方嚮，是重要的計算機專業課程，主要討論計算機係統設計技術，涉及較多的計算機專業知識。在計算機科學與技術學科中，計算機體係結構是一個理論性和實踐性很強的研究方嚮，由於多種原因，無論本科生還是研究生都認為學習的難度較大，不易掌握。本書根據作者數十年從事“計算機體係結構”領域的科研和本科生、研究生課程的教學經驗和體會整理編寫而成，也是國防科大計算機學院計算機體係結構教學小組多年教學的工作總結，是集體智慧的結晶，以滿足講授“計算機體係結構”課程教師的需要。本書的使用將有助於教師對主教材的理解和運用，對於改進教學方法，提高教學質量都有著積極的意義。為瞭便於學習，書中每一章都按教學指南、主要內容、典型題目解析、習題及習題解答四個部分進行組織。作為第2版，本書在內容上依據主教材的變化，進行瞭更新和增加。

　　考慮到本書的主要讀者對象應該是講授“計算機體係結構”課程的教師和學習相應課程的學生，所以在本書每一章的最後一節給齣瞭主教材中全部習題的詳細解答，以供講授、輔導和練習時參考。要注意的是，有些習題的答案並不唯一，設計也不一定最優，讀者可以根據解題思路自己解答，不要受到參考答案的限製和束縛。

　　“計算機體係結構”課程的教材在國內已經齣版有多種，近年來也齣現瞭一些麵嚮學生的學習指導用書，但目前還沒有見到有針對主講和輔導教師編寫的教師用書麵世，本書的齣版可以說是填補瞭一個空白，相信它會為廣大講授該課程的教師提供有益的幫助。還需要特彆指齣的是，學生在使用本書的過程中，我們不提倡僅僅簡單地查閱這一部分的內容，核實自己練習的正確性，而是要給自己留下一個獨立思考的空間。其實是否給學生提供習題的詳細解答，一直是教育界頗有爭議的問題，除瞭考慮培養學生獨立思考的因素，如何保持練習題的生命周期也是教師們經常考慮的一個因素，因為設計一套較滿意的習題是非常消耗精力的工作，而一旦公布習題詳細解答，將導緻練習題的生命周期縮短。由於時間的原因以及個人的水平限製，書中難免有不妥之處，歡迎同行專傢學者和廣大讀者批評指正。

　　作者2016年5月

　　於長沙國防科技大學

《計算機體係結構：理論與實踐》（第2版）—— 深度解析計算機的基石，賦能下一代技術創新在飛速發展的數字時代，理解計算機底層運作原理已成為每一位涉足技術領域人士的必備技能。從嵌入式係統到超級計算機，從移動設備的能效優化到數據中心的性能擴展，計算機體係結構的知識體係是這一切的基礎。本書《計算機體係結構：理論與實踐》（第2版）正是這樣一本旨在深入淺齣地剖析計算機核心機製，並引導讀者將理論知識應用於實際問題的經典著作。它不僅為初學者構建起堅實的理論框架，更為經驗豐富的工程師和研究人員提供瞭洞察前沿技術趨勢和解決復雜工程挑戰的有力工具。第一部分：計算機體係結構的基石——指令集體係結構（ISA）的奧秘本書的開篇，我們將一同深入探索計算機體係結構中最核心的概念之一：指令集體係結構（Instruction Set Architecture，ISA）。ISA是軟件與硬件之間的橋梁，定義瞭處理器能夠理解和執行的基本指令集、數據類型、寄存器、內存尋址模式以及I/O操作。理解ISA的設計原則，對於進行高性能計算、低功耗設計、甚至開發全新的處理器架構都至關重要。在這一部分，我們會詳細解析不同類型的ISA，例如精簡指令集計算機（RISC）和復雜指令集計算機（CISC）的演變曆程、設計哲學及其在現代處理器中的應用。我們將深入探討RISC-V等開放指令集架構的優勢，以及它在推動開源硬件生態和創新方麵的巨大潛力。同時，本書也會剖析x86等傳統CISC指令集的特點，以及它們如何通過微架構的優化來保持競爭力。我們還將聚焦於ISA設計中的關鍵權衡，例如指令的豐富性與復雜性、執行效率與功耗、以及軟件兼容性等。通過分析真實世界的案例，例如高性能CPU、GPU以及特種處理器的ISA設計，讀者將能夠領悟到ISA的每一個決策都蘊含著深刻的設計考量和工程智慧。第二部分：性能的引擎——處理器微架構的設計與優化指令集體係結構（ISA）隻是一個規範，而實際執行指令並實現高性能的是處理器的微架構。本書的第二部分將帶領讀者走進處理器微架構的精妙世界，揭示現代高性能處理器是如何通過一係列復雜的設計來榨乾每一分性能的。我們將從最基礎的流水綫（Pipelining）技術入手，解釋如何通過重疊指令的執行來提高吞吐量。在此基礎上，深入探討指令級並行（Instruction-Level Parallelism, ILP）的各種技術，包括超標量（Superscalar）執行、亂序執行（Out-of-Order Execution）以及分支預測（Branch Prediction）。讀者將學習到，現代處理器如何利用這些技術來隱藏指令之間的依賴性，最大限度地並行執行多條指令，從而大幅提升計算速度。本書還將詳細講解緩存（Cache）層次結構的設計與優化。緩存是提升處理器訪問內存效率的關鍵，我們將分析不同級彆的緩存（L1、L2、L3）的設計目標、容量、關聯度、替換策略以及寫策略。通過理解緩存的工作原理和性能瓶頸，讀者將能夠更好地優化程序，以獲得最佳的緩存命中率，減少內存訪問延遲。此外，我們還會探討多核（Multi-Core）和多綫程（Multi-Threading）技術，如超綫程（Hyper-Threading）等。理解如何設計和利用多核處理器來處理並發任務，以及如何通過綫程級彆的並行來進一步提升整體係統吞吐量，是現代計算的重要組成部分。第三部分：數據的生命綫——存儲器係統與I/O通信的深度剖析計算機的性能不僅僅取決於處理器，存儲器係統和輸入/輸齣（I/O）通信同樣扮演著至關重要的角色。本書的第三部分將全麵審視這些關鍵的子係統，揭示它們如何影響整體係統的響應速度和效率。我們將首先深入研究主存儲器（Main Memory）的組織方式，包括DRAM（動態隨機存取存儲器）的技術發展，如DDR（Double Data Rate）係列標準。讀者將瞭解DRAM的讀寫時序、行/列地址訪問、以及如何通過通道（Channel）和 Rank 來提升帶寬。隨後，我們將聚焦於存儲器層次結構中更為廣泛的概念，從高速緩存到輔助存儲設備。我們會詳細分析固態硬盤（SSD）和傳統機械硬盤（HDD）的技術特性、接口標準（如SATA、NVMe），以及它們在數據讀寫性能上的差異。瞭解這些存儲設備的特性，對於進行大規模數據存儲、文件係統設計以及數據庫優化都至關重要。在I/O通信方麵，本書將詳細講解各種I/O接口技術，包括PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）等高性能總綫。我們將探討DMA（Direct Memory Access）技術如何允許設備繞過CPU直接訪問內存，從而大幅減輕CPU負擔，提高I/O效率。此外，我們還會分析網絡接口（NIC）的設計、網絡協議棧的硬件加速、以及存儲區域網絡（SAN）和網絡附加存儲（NAS）等存儲解決方案，這些對於構建高效的數據中心和分布式係統至關重要。第四部分：並行計算的廣闊天地——多處理器係統與並行體係結構隨著計算需求的日益增長，單核處理器的性能提升已經趨於瓶頸，並行計算已成為提升係統性能的主流方嚮。本書的第四部分將帶領讀者進入多處理器係統和並行體係結構的廣闊天地。我們將從共享內存（Shared Memory）和分布式內存（Distributed Memory）兩種主要的多處理器係統架構入手，分析它們的設計理念、通信機製和編程模型。讀者將理解共享內存係統如何通過一緻的內存空間來簡化編程，但可能麵臨緩存一緻性（Cache Coherence）的挑戰。而分布式內存係統則通過消息傳遞（Message Passing）來組織計算，更適閤大規模集群。本書將深入探討緩存一緻性協議，如MESI（Modified, Exclusive, Shared, Invalid）等，以及它們如何確保多處理器係統中所有處理器都能看到一緻的內存視圖。我們還將分析不同類型的互連網絡（Interconnection Networks），如總綫、交叉開關（Crossbar）和多級互連網絡，以及它們在多處理器係統中的拓撲結構和性能權衡。此外，我們還將介紹圖形處理器（GPU）等大規模並行處理器的體係結構。GPU的設計使其能夠高效地執行大量相似的計算任務，在科學計算、深度學習、圖形渲染等領域發揮著越來越重要的作用。我們將剖析GPU的SIMT（Single Instruction, Multiple Threads）執行模型，以及其內存模型和編程範式。第五部分：現代計算機體係結構的挑戰與未來展望在結束理論學習之後，本書的最後一部分將帶領讀者審視當前計算機體係結構所麵臨的挑戰，並展望未來的發展趨勢。我們將討論摩爾定律（Moore's Law）的放緩以及由此帶來的設計難題。在晶體管尺寸逼近物理極限的背景下，如何繼續提升計算性能，成為體係結構設計的核心課題。本書將探討後摩爾定律時代的解決方案，例如異構計算（Heterogeneous Computing）、專用硬件加速器（如AI芯片、FPGA）以及新的計算範式。我們還將深入探討能效比（Energy Efficiency）的重要性。隨著數據中心和移動設備的能耗不斷攀升，設計低功耗、高能效的處理器和係統已成為關鍵。本書將分析各種低功耗設計技術，包括動態電壓頻率調整（DVFS）、時鍾門控（Clock Gating）以及電路層麵的優化。最後，本書將展望人工智能（AI）和機器學習（ML）對計算機體係結構的影響。AI的興起催生瞭對專用AI硬件的需求，例如TPU（Tensor Processing Unit）等。我們將探討AI算法的特點如何驅動新的處理器設計，以及未來計算機體係結構將如何更好地支持AI計算。本書還將討論量子計算、神經形態計算等新興計算技術，並探討它們可能帶來的顛覆性變革。《計算機體係結構：理論與實踐》（第2版）不僅僅是一本教材，更是一本探索計算機世界內在邏輯的指南。它旨在幫助讀者建立起對計算機工作原理的深刻理解，培養解決實際工程問題的能力，並為未來的技術創新奠定堅實的基礎。無論您是即將踏入計算機科學領域的學生，還是希望在職業生涯中不斷進階的工程師，本書都將是您不可或缺的寶貴資源。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

對於《計算機體係結構教學與習題指導（第2版）》這本書，我主要看重的是它在知識深度和廣度上的平衡。計算機體係結構是一個非常龐大且分支眾多的領域，從底層硬件的設計，到上層的軟件交互，都包含其中。我希望這本書能夠在這有限的篇幅內，既覆蓋到核心的知識點，例如指令集架構、流水綫技術、存儲體係、I/O係統等，又能夠適當地拓展到一些現代體係結構的發展趨勢，如多核處理器、異構計算、並行處理等。同時，作為一本“教學與習題指導”，它的內容組織應該能夠緊密結閤教學大綱，提供清晰的知識脈絡，幫助我建立起完整的知識體係。我並不需要它成為一本包羅萬象的百科全書，但它必須成為一個可靠的“知識導航儀”，能夠指引我在計算機體係結構的海洋中找到正確的方嚮。

評分☆☆☆☆☆

我在考慮是否購買《計算機體係結構教學與習題指導（第2版）》時，非常關注它對於初學者是否友好。計算機體係結構往往被認為是計算機科學中比較難啃的骨頭之一，涉及大量的專業術語和抽象的概念。我希望這本書能夠用比較易於理解的語言來解釋這些復雜的知識，而不是一味地堆砌晦澀的定義。比如，在介紹流水綫技術時，是否能通過生動的比喻或者流程圖來幫助我理解其工作原理？在講解緩存一緻性問題時，是否能提供一些具體的案例分析？此外，習題部分是否也考慮到瞭不同水平的學習者，是否有難度梯度？一些基礎的計算題，一些概念辨析題，以及一些需要綜閤運用知識的設計題，能有機地結閤在一起，這樣纔能讓不同階段的學習者都能從中獲益。如果這本書能夠做到這一點，那我一定會毫不猶豫地入手。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《計算機體係結構教學與習題指導（第2版）》後，我最先關注的是它在理論講解之外，是否能提供足夠有價值的實踐指導。從目錄上看，習題部分占有相當的篇幅，這讓我感到很欣慰。計算機體係結構這類課程，理論知識固然重要，但如果不能通過大量的練習來鞏固和應用，很容易流於空泛。我希望這本習題指導能夠涵蓋從基礎概念的理解性題目，到更具挑戰性的設計類、分析類題目，能夠真正幫助我將書本上的知識內化。另外，我還在尋找是否配有詳細的答案解析，或者至少是關鍵步驟的提示。對於學習者來說，知道答案固然重要，但理解解題思路和方法更是關鍵。如果習題部分能夠做到這一點，這本書的實用價值將大大提升，能夠成為我復習和備考的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

這本《計算機體係結構教學與習題指導（第2版）》的裝幀質量相當不錯，紙張的質感摸起來很舒服，不是那種容易泛黃的廉價紙，厚度也適中，感覺可以經受住反復翻閱。打開書的時候，那種新書特有的油墨香撲鼻而來，讓人心情愉悅。我特彆留意瞭一下它的排版，字跡清晰，行距和字間距都恰到好處，閱讀起來不會感到擁擠或疲勞。章節的劃分也很閤理，標題醒目，方便查找和定位。雖然我還沒深入學習，但隨便翻瞭幾頁，感覺內容組織得很有邏輯性，從基礎概念到進階知識，循序漸進。而且，書中的插圖和圖錶設計也很用心，雖然我還沒看懂它們具體代錶的含義，但從視覺上看，都比較直觀，應該有助於理解那些復雜的概念。這種細緻的排版和設計，體現瞭齣版方對學術類書籍的專業態度，讓我對這本書的內在品質充滿期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計真的很有意思，整體色調偏嚮沉穩的藍色，給人一種專業、可靠的感覺。書名《計算機體係結構教學與習題指導（第2版）》的字體選用瞭一種比較現代、清晰的無襯綫體，重點突齣瞭“計算機體係結構”這幾個核心詞匯，而“教學與習題指導”則稍顯次要，但字體大小和顔色對比度適中，不至於被忽略。整體而言，封麵信息傳遞得很到位，能夠快速讓目標讀者瞭解這本書的主題。我還注意到，封麵上似乎有一些抽象的圖形元素，可能暗示著計算機內部的復雜結構或者數據流動的概念，這個設計小細節還是挺有意思的，能引發讀者一些初步的聯想。雖然我還沒開始細讀，但單從封麵和排版來看，這本書給我的第一印象是嚴謹且具有學術氣息的。它不像一些入門讀物那樣花哨，而是更注重內容的實質性呈現。希望翻開書頁後，裏麵的內容也能同樣令人滿意，能夠真正幫助我理解計算機體係結構這個相對抽象的學科。