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周伟 著

图书标签:

• 计算机组成原理
• 计算机体系结构
• 高分笔记
• 教材
• 复习资料
• 考研
• 期末复习
• 第七版
• 2019
• 计算机

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111588672

版次：7

商品编码：12284495

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 天勤计算机考研高分笔记系列

开本：16开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

页数：314

内容简介

本书针对近几年全国计算机学科专业综合考试大纲的“计算机组成原理”部分进行了深入解读，以一种独创的方式对考试大纲知识点进行了讲解，即从考生的视角剖析知识难点；以通俗易懂的语言取代晦涩难懂的专业术语；以成功考生的亲身经历指引复习方向；以风趣幽默的笔触缓解考研压力。读者对书中的知识点讲解有任何疑问都可与作者进行在线互动，为考生解决复习中的疑难点，提高考生的复习效率。

目录

目 录
序
修订说明
前言
第1 章 计算机系统概述 1
大纲要求 1
考点与要点分析 1
核心考点 1
基础要点 1
本章知识体系框架图 2
知识点讲解 2
1.1 计算机的发展历程 2
1.1.1 计算机硬件的发展 2
1.1.2 计算机软件的发展 3
1.2 计算机系统层次结构 4
1.2.1 计算机系统的基本组成 4
1.2.2 计算机硬件的基本组成 4
1.2.3 计算机软件的分类 9
1.2.4 计算机的工作过程 9
1.2.5 计算机系统的层次结构 10
1.3 计算机性能指标 10
习题11
习题答案 14
第2 章 数据的表示和运算 18
大纲要求 18
考点与要点分析 18
核心考点 18
基础要点 19
本章知识体系框架图 19
知识点讲解 19
2.1 数制与编码 19
2.1.1 进位计数制及其相互转换 19
2.1.2 真值和机器数 22
2.1.3 BCD 码 22
2.1.4 字符和字符串 23
2.1.5 校验码 24
2019 版计算机组成原理高分笔记
X
2.2 定点数的表示和运算 28
2.2.1 定点数的表示 28
2.2.2 定点数的运算 32
2.3 浮点数的表示和运算 53
2.3.1 浮点数的表示 53
2.3.2 浮点数的加/减运算 55
2.4 算术逻辑单元 58
2.4.1 串行加法器和并行加法器 58
2.4.2 算术逻辑单元的功能和结构 61
习题 63
习题答案 72
第3 章 存储器层次结构 85
大纲要求 85
考点与要点分析 85
核心考点 85
基础要点 86
本章知识体系框架图 86
知识点讲解 86
3.1 存储器的基本概念 86
3.1.1 存储器的分类 86
3.1.2 存储器的性能指标 88
3.2 存储器的层次化结构 88
3.3 半导体随机存取存储器 89
3.3.1 半导体随机存取存储器的基本概念 89
3.3.2 SRAM 存储器 90
3.3.3 DRAM 存储器 91
3.3.4 只读存储器 95
3.3.5 Flash 存储器 96
3.4 主存储器与CPU 的连接 97
3.5 双口RAM 和多模块存储器 102
3.6 高速缓冲存储器（Cache） 105
3.6.1 Cache 的基本工作原理 105
3.6.2 Cache 和主存之间的映射方式 108
3.6.3 Cache 中主存块的替换算法115
3.6.4 Cache 写操作策略115
3.7 虚拟存储器116
3.7.1 虚拟存储器的基本概念116
3.7.2 页式虚拟存储器117
3.7.3 段式虚拟存储器117
3.7.4 段页式虚拟存储器117
目 录
XI
3.7.5 TLB（快表） 118
3.8 外存储器 120
习题 125
习题答案 136
第4 章 指令系统 152
大纲要求 152
考点与要点分析 152
核心考点 152
基础要点 152
本章知识体系框架图 153
知识点讲解 153
4.1 指令格式 153
4.1.1 指令的基本格式 153
4.1.2 定长操作码指令格式 156
4.1.3 不定长操作码指令格式 156
4.2 指令的寻址方式 157
4.2.1 数据寻址和指令寻址 158
4.2.2 常见数据寻址方式 159
4.3 CISC 和RISC 的基本概念 167
习题 169
习题答案 177
第5 章 中央处理器 191
大纲要求 191
考点与要点分析 191
核心考点 191
基础要点 191
本章知识体系框架图 192
知识点讲解 192
5.1 CPU 的功能和基本结构 192
5.1.1 CPU 的功能 192
5.1.2 CPU 的基本结构 193
5.1.3 CPU 中的主要寄存器 194
5.2 指令执行过程 196
5.2.1 指令周期 196
5.2.2 指令执行方案 197
5.2.3 指令的执行过程与信息流 198
5.3 数据通路的功能和基本结构 199
5.4 控制器的功能和工作原理 200
5.4.1 控控制单元的功能 200
5.4.2 控制单元的设计 206
5.5 指令流水线 214
5.5.1 指令流水线的基本概念 214
5.5.2 指令流水线的基本实现 216
5.5.3 超标量和动态流水线的基本概念 219
5.6 中断系统 219
习题 225
习题答案 234
第6 章 总线 247
大纲要求 247
考点与要点分析 247
核心考点 247
基础要点 247
本章知识体系框架图 248
知识点讲解 248
6.1 总线概述 248
6.1.1 总线的基本概念 248
6.1.2 总线的分类 249
6.1.3 总线的组成及性能指标 251
6.1.4 总线的结构 251
6.2 总线仲裁 252
6.2.1 集中仲裁方式 253
6.2.2 分布仲裁方式 255
6.3 总线操作和定时 255
6.3.1 总线周期的概念 255
6.3.2 同步定时方式 255
6.3.3 异步定时方式 257
6.4 总线标准 258
习题 259
习题答案 263
第7 章 输入/输出系统 268
大纲要求 268
考点与要点分析 268
核心考点 268
基础要点 268
本章知识体系框架图 269
知识点讲解 269
7.1 I/O 系统基本概念 269
7.2 外部设备 272
7.2.1 I/O 设备分类 272
7.2.2 输入设备 272
7.2.3 输出设备 273
7.3 I/O 接口（I/O 控制器） 274
7.3.1 I/O 接口基础知识 274
7.3.2 I/O 接口的功能和基本结构 274
7.3.3 I/O 端口及其编址 276
7.4 I/O 方式 277
7.4.1 程序查询方式 277
7.4.2 程序中断方式 279
7.4.3 DMA 方式 283
习题 289
习题答案 295
第8 章 非统考高校知识点补充 304
8.1 浮点数的表示范围 304
8.2 浮点数的乘除法运算 307
附录 310
附录A 历年真题分值、考点统计表 310
附录B 历年真题考点索引表 313
参考文献 314

前言/序言

前 言“天勤计算机考研高分笔记系列”丛书简介高分笔记系列书籍包括《数据结构高分笔记》《计算机组成原理高分笔记》《操作系统高分笔记》《计算机网络高分笔记》等，是一套针对计算机考研的辅导书。它们于2010 年夏天诞生于一群考生之手，其写作风格突出表现为：以考生的视角剖析知识难点；以通俗易懂的语言取代晦涩难懂的专业术语；以成功考生的亲身经历指引复习方向；以风趣幽默的笔触缓解考研压力。相信该丛书带给考生的将是更高效、更明确、更轻松、更愉快的复习过程。
《2019 版计算机组成原理高分笔记》简介2019 版修订说明：本书严格按照去年最新的考研大纲改编，将大纲要求的部分以知识点为单位进行细分讲解。
推荐教材一：《计算机组成原理》（第2 版），作者：唐朔飞。
推荐教材二：《计算机组成原理》（第4 版），作者：白中英。
1．总体风格本书包括以下4 个方面的特色：
1）通俗易懂，用故事来帮助大家理解考点、难点。
2）使用日常生活中的语言讲解知识点，让考生有一种与编者时时刻刻在交流的感觉。
3）对易混、易错知识点进行深度总结。
4）最详细的习题解析。
2．创作流程1）编者将前述两本推荐教材全部通读一遍，把握整体的写作框架，同时将考生在教材中难以理解的句子标记出来，然后在编写每一章时，将标记的句子在高分笔记中进行详细讲解。
2）在学习本书前，编者给跨专业的考生讲解了学习计算机组成原理所需要的辅助知识。
3）如果编者认为此知识点易考、易混淆，或者觉得此知识点需要借助教材上没有的知识点作为铺垫，将会在知识点讲解完后，做相应的知识点补充。
4）每编写完一章，交给近10 名刚参加完研究生入学考试的同学进行勘误，在勘误的过程中，如果发现哪个知识点的讲解不是很好，而勘误者的讲解方式可能比编者的更好，编者将根据反馈意见修改相关内容，以期精益求精。
5）初稿完成后，发放印刷版给正在准备考研的同学（10 位）试读，根据他们的反馈意见再进行修改，最后成书。
参加本书编写的人员有：周伟，王征兴，王征勇，霍宇驰，孙肇博，董明昊，王辉，郑华斌，王长仁，刘泱，刘桐，章露捷，刘建萍，刘炳瑞，刘菁，孙琪，施伟，金苍宏，蔡明婉，吴雪霞，周政强，孙建兴，周政斌，叶萍，孔蓓，张继建，胡素素，邱纪虎，率方杰，2019 版计算机组成原理高分笔记VIII李玉兰，率秀颂。
3．阅读建议编者建议考生针对计算机组成原理这门课，备考时按照大纲的知识点顺序来阅读相关教材，阅读过程中对那些比较难理解的语句可以先做标记，然后带着这些疑问阅读本书，相信会收到更好的效果。
编 者

穿越数字洪流：计算机的骨骼与灵魂 在这信息爆炸、智能涌动的时代，我们享受着便捷与高效，但可曾停下脚步，探寻这背后驱动一切的精密机械？《计算机组成原理：高分秘籍》并非一本简单的教科书，它是一次深入计算机世界内核的探索之旅，一次解构数字生命体骨骼与灵魂的深度剖析。它将带领读者，从最基础的逻辑门电路出发，层层剥茧，直至理解宏伟的中央处理器（CPU）如何执行亿万条指令，内存如何有序存储海量数据，以及输入输出设备如何与计算机大脑进行流畅的交流。 本书并非高高在上、晦涩难懂的理论堆砌，而是以清晰的脉络、生动的讲解，辅以大量精心设计的例题和习题，旨在让每一位读者，无论是初学者还是希望夯实基础的进阶者，都能在掌握计算机硬件工作原理的同时，提升解决实际问题的能力。它注重理论与实践的结合，帮助读者理解抽象概念在具体硬件实现中的应用，从而建立起坚实的计算机科学基础。 第一篇：数字世界的基石——逻辑与电路 计算机的一切运算和存储都源于最基本的逻辑门电路。本书的开篇，将带领你走进二值逻辑的世界，理解与门、或门、非门、异或门等基本逻辑关系，如同学习拼音一样，这是构建复杂数字系统的基石。你将学习如何运用逻辑代数来简化和优化逻辑电路，掌握组合逻辑电路的设计方法，例如译码器、多路选择器等，理解它们如何在信号的海洋中进行选择和分配。 接着，我们将目光转向时序逻辑电路。触发器（Flip-Flop）的引入，标志着存储单元的诞生，它是构成寄存器、计数器乃至内存单元的核心。你将深入理解不同类型的触发器（SR, JK, D, T），以及它们如何通过时钟信号实现状态的同步切换。在此基础上，我们将学习如何设计计数器，它们在程序计数、定时器等方面的应用；以及移位寄存器，它们在数据串行传输、数字信号处理中的作用。 本篇的精髓在于，它将抽象的“0”和“1”转化为看得见、摸得着的硬件结构，让你明白计算机是如何从最简单的开关状态，发展出如今如此强大的计算能力的。每一个逻辑门，每一次状态的翻转，都蕴含着精密的设计与严谨的逻辑。 第二篇：信息处理的核心——运算器与控制器 有了逻辑电路的基石，我们便可以构建出计算机的“大脑”——运算器和控制器。运算器是计算机执行算术和逻辑运算的实体。你将学习定点数的表示方法（原码、反码、补码）及其运算，理解溢出是如何发生的，以及如何进行高效的乘除运算。浮点数的表示和运算，将让你理解计算机如何处理带有小数的数值，并掌握其精度和范围的限制。 本书将详细剖析加法器、减法器、乘法器、除法器等基本运算单元的设计原理，以及如何将它们集成到一个完整的算术逻辑单元（ALU）中。你将了解到ALU如何根据控制信号执行各种指令，成为CPU的心脏。 而控制器，则是CPU的“指挥官”。它负责从内存中取出指令，进行译码，并根据指令的要求，向运算器、存储器以及其他部件发出控制信号，协调它们的工作。你将学习指令的格式、指令的周期（取指令、指令译码、执行指令），以及硬布线控制器和微程序控制器的设计思想。理解控制器的工作流程，就如同理解一个大型工厂的生产调度系统，每一个环节都至关重要，步调一致才能高效运转。 本篇将让你明白，CPU并非一个神秘的黑匣子，它的强大源于内部精巧的结构和高效的协同工作。掌握了运算器和控制器的原理，你就掌握了计算机执行指令的核心奥秘。 第三篇：数据存储的宇宙——存储器体系 数据是计算机的血液，而存储器则是承载这些血液的广阔宇宙。本书将系统地介绍计算机的存储器层次结构，从速度最快、容量最小的寄存器，到速度较慢、容量巨大的外部存储设备，层层递进。 你将深入了解主存储器（内存）的工作原理。学习随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的结构与特性，理解DRAM和SRAM的工作机制，以及它们在数据读写中的差异。我们将探讨内存的地址线和数据线如何协同工作，以及如何构建大容量的内存系统。 高速缓存（Cache）作为CPU与主内存之间的“桥梁”，其重要性不言而喻。你将学习缓存的结构、工作原理，以及常用的缓存替换算法（如LRU）。理解缓存的命中率和未命中率对计算机性能的影响，将让你明白为何计算机性能的提升离不开对存储器访问效率的优化。 外存储器，如硬盘、固态硬盘（SSD）等，虽然访问速度较慢，但提供了海量的数据存储能力。我们将简要介绍它们的工作原理和接口技术，让你了解数据如何从外部持久化存储到内存，再被CPU访问。 本篇将为你揭示，计算机如何通过多级存储器协同工作，在速度和容量之间取得平衡，以最高效的方式为CPU提供所需的数据。理解存储器体系，是理解计算机整体性能的关键。 第四篇：连接世界的桥梁——输入输出（I/O）系统 再强大的计算能力，也需要与外界进行交互。输入输出（I/O）系统就是计算机连接外部世界的桥梁。本书将详细讲解I/O设备如何与CPU进行信息交换。 你将学习程序直接控制方式，理解CPU如何通过轮询方式等待I/O设备完成操作，以及这种方式的效率局限。中断方式的引入，将极大地提高I/O系统的效率，你将了解中断的工作原理，中断请求、中断向量、中断响应等过程，以及多中断优先级的设计。 直接存储器访问（DMA）技术的出现，是I/O系统的一次飞跃。你将学习DMA控制器如何绕过CPU，直接在主存和I/O设备之间进行数据传输，极大地解放了CPU，使其能够专注于计算任务。 总线作为连接CPU、内存和I/O设备的重要通道，其类型（如数据总线、地址总线、控制总线）及其工作时序，也将得到详细的阐述。理解总线的通信机制，是理解整个计算机系统信息流动的关键。 本篇将让你明白，输入输出系统并非简单的设备连接，而是一系列精巧的通信协议和控制机制的集合，确保了计算机与外部世界能够顺畅、高效地进行信息交互。 第五篇：指令集的奥秘与性能的追求 指令集是CPU能够理解和执行的命令集合，是硬件和软件之间的接口。本书将介绍两种主要的指令集体系结构：复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。你将了解它们的设计理念、优缺点，以及它们对计算机性能和设计复杂度的影响。 为了提升计算机的运行速度，各种性能优化技术应运而生。本书将深入探讨流水线技术，揭示如何通过将指令的执行过程分解为多个阶段，并行处理不同指令的不同阶段，从而显著提高指令的吞吐量。你将学习流水线冲突（结构冲突、数据冲突、控制冲突）的产生原因，以及各种解决冲突的方法（如流水线预测、延迟槽）。 多处理技术，包括对称多处理（SMP）和非对称多处理（AMP），也将得到介绍，它们通过增加CPU数量来提升整体性能。 本篇将为你揭示，计算机设计者如何通过精巧的指令集设计和层出不穷的性能优化技术，不断突破计算机的处理速度极限，为我们带来更强大的计算能力。 结语 《计算机组成原理：高分秘籍》不仅仅是一门课程，它更是一种思维方式，一种对数字世界底层运作机制的深刻理解。掌握了本书的内容，你将能够： 透彻理解计算机硬件的工作原理：从最基础的逻辑门到复杂的CPU，一切都将变得清晰明了。 建立坚实的计算机科学基础：为后续学习操作系统、编译原理、网络等课程打下坚实的基础。 提升解决实际问题的能力：能够从硬件层面分析和解决一些与计算机性能相关的问题。 培养严谨的科学思维：学习如何分解复杂问题，理解抽象概念，并将其应用于实践。 翻开这本书，你将开启一段激动人心的探索之旅，揭开计算机的神秘面纱，真正理解我们每天赖以生存的数字世界的骨骼与灵魂。这不仅是对知识的渴求，更是对智能时代运行规律的深刻洞察。

评分☆☆☆☆☆

这本书的习题设计，可以说是一个双刃剑。一方面，它足够“野”，不像某些教材的习题那样只是对概念的简单复述，这里的很多计算题都需要你真正动手推导一遍复杂的二进制补码运算，或者现场设计一个简化的指令译码器逻辑。我记得有一道关于虚拟内存分页的题目，需要根据给定的物理地址和页表结构，反推出进程的虚拟地址空间布局，那过程真是绞尽脑汁，感觉自己真正在和机器的内存结构搏斗。但另一方面，这些习题的参考答案或者说解析，简直是少得可怜，或者干脆缺失。你做完了，对完答案，却不知道自己错在哪里，这种学习体验是非常挫败的。难道编写者认为，只要给出了问题，读者就应该能自行脑补出全部的解题思路吗？对于自学者来说，缺乏详尽的步骤解析，这份厚重的习题集更像是高难度的挑战，而不是有效的学习工具。

评分☆☆☆☆☆

与其他流行的参考书相比，这本书在术语的一致性上处理得非常令人困惑。有时，作者似乎在同一个概念上使用了好几种不同的术语来描述，比如“总线仲裁”和“总线控制”，在不同的章节中，它们的使用场景和侧重点似乎有微妙的差别，但作者没有明确指出这些术语之间的层级关系或侧重点的不同。这对于一个初次接触这门学科的旁观者来说，极易造成概念混淆，我不得不经常在不同章节之间来回翻找，试图确定作者到底指的是哪一种具体的硬件协议。这种不严谨的语言习惯，极大地拖慢了我的阅读速度，每次遇到一个不确定的缩写或者术语，都必须停下来做额外的查证工作，这使得整体的学习流程被打断得支离破碎。清晰、统一的术语表和定义，对于这类高度技术性的书籍来说，是起码的专业素养，这本书在这方面确实有所欠缺。

评分☆☆☆☆☆

从一名对经典计算机体系结构非常着迷的爱好者的角度来看，这本书在某些历史背景和设计哲学上的阐述，显得有些陈旧和保守了。它似乎将主要的笔墨集中在了上世纪八九十年代的经典冯·诺依曼架构的优化上，比如各种分支预测技术和指令级并行（ILP）的早期实现。虽然这些是基石，但对于当前主流的、以超标量和乱序执行为核心的现代CPU设计，它涉及得相对肤浅。例如，对于像Intel的微操作（Micro-op）的解码过程、或者现代GPU的SIMT架构的根本差异，这本书几乎没有触及，或者只是用了一两页非常概括性的语言带过。这让我感觉，这本书更像是一本扎实的“历史教科书”，而不是一本反映“当下”计算机系统如何运行的实用指南。如果你想了解的是最新的芯片设计趋势，这本书给你的指引可能偏离了方向，需要大量补充最新的期刊论文和技术白皮书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版简直是灾难，初拿到手的时候，我就感觉像是被一本厚厚的、印刷质量堪忧的工业手册砸了一下。那些密密麻麻的公式和图表，如果不是有着极强的毅力，恐怕一般人看上十分钟就要放弃。我尤其想吐槽的是，那些逻辑门的图例，线条模糊不清，很多关键的细节都需要我拿着放大镜才能勉强辨认出来，这对于需要清晰视觉辅助的计算机底层原理学习来说，简直是致命的缺陷。更别提章节之间的跳转逻辑了，有时候感觉作者像是把不同时期的学习笔记东拼西凑在一起，前一页还在讲流水线优化，后一页突然跳到了存储器的地址映射，中间缺少了必要的过渡和铺垫，搞得我像是在解一个没有索引的谜题。如果不是因为手头实在找不到其他更详尽的参考资料，我真想立刻把它丢到一边，转投那些设计精良的电子版教材。希望未来的版本能在这方面有所改进，毕竟内容再硬核，如果呈现方式让人望而却步，那它的价值也会大打折扣。

评分☆☆☆☆☆

我得承认，尽管外观和编排上令人头疼，但这本书的某些章节在深入剖析底层硬件机制方面，确实展现出了令人敬佩的深度。特别是关于Cache一致性协议的论述，作者没有停留在概念层面，而是详细推导了MESI协议的每一种状态转换条件和触发机制，这对于理解多处理器系统下的性能瓶颈至关重要。我花了一整个下午的时间，对照书中的时序图，才真正搞清楚了伪共享（False Sharing）是如何发生的，以及硬件层面上是如何通过缓存行锁定来规避这一问题的。这种“刨根问底”的叙述方式，对于那些追求极致性能优化的工程师来说，是无价之宝。然而，这种深度也带来了巨大的阅读门槛，很多基础薄弱的读者可能会直接被这些复杂的并发控制细节劝退，因为它假设了读者已经对操作系统和并行计算有着一定的先验知识，在“循序渐进”这一点上，它做得远远不够成熟。

评分☆☆☆☆☆

还行，就是京东的包装越来越不上心了，就一袋子，还破了，幸亏书没什么大问题。

评分☆☆☆☆☆

计算机组成原理好书好好阅读学习

评分☆☆☆☆☆

。

评分☆☆☆☆☆

书很好，质量跟书店一样。讲解很详细，计算机考研的同学们推荐买哦～

评分☆☆☆☆☆

好書好書，果然是經典，雖然感覺紙張不太好。內容是無容置疑的。

评分☆☆☆☆☆

这么差劲的吗？十几斤的书用一个袋子就装了，书一看就是旧的皮都翻的有裂纹了

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

很好用，很详细，快递也很快，希望考研成功！！！

评分☆☆☆☆☆

便宜好用，值得推荐买买买，同事都说好用。下次继续买买买，哈哈哈…