计算机系统结构

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出版者:清华大学出版社
作者:郑纬民
出品人:
页数:391
译者:
出版时间:2001-1
价格:29.80元
装帧:平装
isbn号码:9787302042372
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机
  • 计算机系统结构
  • 计算机组成原理
  • 汇编语言
  • 存储系统
  • 处理器
  • 流水线
  • Cache
  • 虚拟内存
  • 指令集
  • 系统性能
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具体描述

本书根据作者多年来从事“计算系统结构”等课程的教学经验及有关科研成果,深入浅出地全面介绍了计算机系统结构的基本原理。内容包括计算机系统结构的基本概念、指令系统、存储系统、输入输出系统、标量处理机、向量处理机、互联网络、并行处理机和多处理机等。

本书是中央广播电视大学开放教育计算机科学与技术专业专升本教材,也可供其他大专院校及从事计算机科研开发的人员参考。

《时空的织锦:宇宙的奥秘与人类的追寻》 这本传世之作,如同一幅宏伟的星空画卷,邀请您一同踏上一段穿越时空的壮丽旅程,深入探索宇宙的浩瀚之谜以及人类不懈的求知渴望。它并非一本枯燥的教科书,而是一部充满诗意与哲学思辨的探索笔记,以引人入胜的叙事方式,将最前沿的科学发现与最深刻的哲学思考巧妙地融为一体。 本书将从宇宙的黎明讲起,追溯大爆炸的奇点,带领读者穿越星系的诞生与演化,目睹恒星的生灭,感受黑洞的引力之舞,以及探索暗物质与暗能量的神秘面纱。我们将一同审视宇宙的结构,从最微小的基本粒子到最大尺度的宇宙网,理解它们之间的相互联系与演变规律。作者将以清晰易懂的语言,剥开量子力学与相对论的层层迷雾,揭示它们如何共同构筑了我们所知的现实。从微观世界的奇特现象,如叠加态与量子纠缠,到宏观宇宙的壮丽图景,如时空弯曲与引力波,无不展现出宇宙令人惊叹的秩序与力量。 然而,本书的意义远不止于对宇宙物理规律的阐述。它更深入地探讨了人类在这一宏大叙事中的位置与意义。随着我们对宇宙的认知不断拓展,我们也必然会反思自身的起源、意识的本质以及生命存在的可能性。本书将引导您思考:我们为何存在?宇宙中是否存在其他生命?我们的意识是如何从物质中涌现的?宇宙的终极命运是什么?我们又该如何理解自己在其中扮演的角色? 作者将借由历史上伟大科学家与哲学家的思想火花,如哥白尼、牛顿、爱因斯坦、霍金,以及柏拉图、笛卡尔、康德等,梳理人类对宇宙认知的每一次飞跃,以及这些飞跃如何重塑了我们对自身与世界的理解。您将跟随他们的足迹,体验科学探索的艰辛与喜悦,感受哲学思考的深度与广度。本书会以生动的历史故事和引人入胜的案例,将抽象的概念具象化,让您在阅读过程中,仿佛置身于那些伟大的思想碰撞之中。 此外,本书还关注了人类在探索宇宙过程中的技术进步与伦理挑战。从望远镜的诞生到太空探测器的发射,从基因编辑到人工智能的发展,这些技术不仅极大地拓展了我们的视野,也带来了全新的思考。我们将探讨这些技术对人类社会、对我们对生命和意识的定义可能产生的深远影响。同时,书中也会触及人类探索宇宙的动机,是好奇心,是对未知领域的征服欲,还是对自身终极问题的追问? 《时空的织锦》不仅仅是一部关于宇宙的书,更是一部关于人类精神的书。它鼓励我们保持好奇,敢于质疑,勇于探索。它提醒我们,即使面对宇宙的无尽奥秘,人类的智慧与探索精神依然闪耀着独特的光芒。读完本书,您或许不会成为一名天体物理学家或宇宙学家,但您一定会以一种全新的视角看待自己、看待这个世界,以及看待我们所处的这个奇妙宇宙。它将点燃您内心的求知火焰,激发您对未知世界的无限向往,并赋予您一种深刻的、与宇宙相连的宏大感受。这是一次心灵的洗礼,一次智慧的启迪,一次对存在本身的深情回望。

作者简介

目录信息

第一章 计算机系统结构的基本概念
1.1 计算机系统结构
1.1.1 计算机系统层次结构
1.1.2 计算机系统结构定义
1.1.3 计算机组成与实现
1.1.4 计算机系统结构的分类
1.2 计算机系统设计技术
1.2.1 计算机系统设计的定量原理
1.2.2 计算机系统设计者的主要任务
1.2.3 计算机系统设计的主要方法
1.3 系统结构的评价标准
1.3.1 性能
1.3.2 成本
1.4 计算机系统结构的发展
1.4.1 冯・诺依曼结构
1.4.2 软件对系统结构的影响
1.4.3 价格对系统结构的影响
1.4.4 应用对系统结构的影响
1.4.5 VLSI对系统结构的影响
1.4.6 技术的发展对价格的影响
1.4.7 算法和系统结构
习题一
第二章 指令系统
2.1 数据表示
2.1.1 数据表示与数据类型
2.1.2 浮点数据表示
2.1.3 浮点数尾数基值的选择
2.1.4 浮点数格式的设计
2.1.5 自定义数据表示
2.2 寻址技术
2.2.1 编址单位
2.2.2 零地址空间个数
2.2.3 寻址方式
2.2.4 间接寻址与变址寻址
2.3 指令格式的优化设计
2.3.1 指令的组成
2.3.2 Huffman编码法
2.3.3 扩展编码法
2.3.4 缩短地址码长度的方法
2.3.5 指令格式设计举例
2.4 指令系统的功能设计
2.4.1 指令系统的完整性
2.4.2 指令系统的性能
2.4.3 复杂指令系统
2.5 精简指令系统(RISC)
2.5.1 从CISC到RISC
2.5.2 RISC的定义与特点
2.5.3 减少指令平均执行周期数(CPI)是RISC思想的精华
2.5.4 RISC的关键技术
2.5.5 RISC优化编译技术
习题二
第三章 存储系统
3.1 存储系统原理
3.1.1 存储系统的定义
3.1.2 存储器的层次结构
3.1.3 频带平衡
3.1.4 并行访问存储器
3.1.5 交叉访问存储器
3.2 虚拟存储器
3.2.1 虚拟存储器工作原理
3.2.2 地址的映象与变换
3.2.3 段式虚拟存储器
3.2.4 页式虚拟存储器
3.2.5 段页式虚拟存储器
3.2.6 加快内部地址变换的方法
3.2.7 页面替换算法
3.2.8 提高主存命中率的方法
3.3 高速缓冲存储器(Cache)
3.3.1 基本工作原理
3.3.2 地址映象与变换方法
3.3.3 Cache替换算法及其实现
3.3.4 Cache系统的加速比
3.3.5 Cache的一致性问题
3.3.6 Cache的预取算法
3.4 三级存储系统
3.4.1 存储系统的组织方式
3.4.2 虚拟地址Cache
3.4.3 全Cache技术
习题三
第四章 输入输出系统
4.1 输入输出原理
4.1.1 输入输出系统的特点
4.1.2 基本输入输出方式
4.2 中断系统
4.2.1 中断系统的软硬件功能分配
4.2.2 中断屏蔽
4.3 通道处理机
4.3.1 通道的作用和功能
4.3.2 通道的工作过程
4.3.3 通道种类
4.3.4 通道中的数据传送过程
4.3.5 通道的流量分析
4.4 输入输出处理机
4.4.1 输入输出处理机的作用
4.4.2 输入输出处理机的种类
4.4.3 输入输出处理机的特点
习题四
第五章 标量处理机
5.1 流水线技术
5.1.1 指令的重叠执行
5.1.2 流水线的表示方法
5.1.3 流水线的特点
5.1.4 流水线的性能分析
5.1.5 流水线最佳段数的选择
5.1.6 非线性流水线的调度技术
5.1.7 非线性流水线的优化调度方法
5.2 相关性分析技术
5.2.1 数据相关
5.2.2 控制相关
5.2.3 条件分支对流水线的影响
5.2.4 静态分支预测技术
5.2.5 动态分支预测技术
5.2.6 提前形成条件码
5.2.7 精确断点与不精确断点
5.3 动态调度技术
5.3.1 顺序流动与乱序流动
5.3.2 乱序流动方式中的数据相关
5.3.3 数据重定向
5.3.4 Tomasulo动态指令调度方法
5.4 超标量处理机
5.4.1 基本结构
5.4.2 单发射与多发射
5.4.3 多流水线调度
5.4.4 资源冲突
5.4.5 超标量处理机性能
5.5 超流水线处理机
5.5.1 指令执行时序
5.5.2 典型处理机结构
5.5.3 超流水线处理机性能
5.6 超标量超流水线处理机
5.6.1 指令执行时序
5.6.2 典型处理机结构
5.6.3 超标量超流水线处理机性能
习题五
第六章 向量处理机
6.1 向量处理的基本概念
6.1.1 什么是向量处理
6.1.2 向量处理方式
6.2 向量处理机的结构
6.2.1 存储器一存储器结构
6.2.2 寄存器一寄存器结构
6.3 提高向量处理机性能的方法
6.3.1 向量处理机系统结构的设计目标
6.3.2 提高向量处理机性能的常用技术
6.4 向量处理机实例
6.4.1 向量处理机的历史与现状
6.4.2 Cray Y-MP,C-90
6.4.3 Fujitsu VP2000和VPP500
6.4.4 向量协处理器
6.5 向量处理机的性能评价
习题六
第七章 互连网络
7.1 互连网络的基本概念
7.1.1 互连网络的作用
7.1.2 互连函数
7.1.3 互连网络的特性和传输的性能参数
7.1.4 互连网络的种类
7.2 消息传递机制
7.2.1 消息寻径方式
7.2.2 死锁和虚拟通道
7.2.3 流控制策略
7.2.4 选播和广播寻径算法
习题七
第八章 并行处理机和多处理机
8.1 并行处理机结构和实例
8.1.1 并行处理计算机模型
8.1.2 并行处理机的基本结构
8.1.3 并行处理机的特点
8.1.4 并行处理机实例
8.2 多处理机结构和实例
8.2.1 多处理机结构
8.2.2 多处理机系统的特点
8.2.3 多处理机性能模型
8.2.4 多处理机的Cache一致性
8.2.5 多处理机实例
习题八
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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不得不说,这本书的深度和广度都令人惊叹,它就像一位全知的智者,将计算机系统这个庞大而复杂的领域娓娓道来。我被作者在介绍指令集设计时所展现出的哲学思考所深深吸引,他探讨了指令集是面向硬件设计还是面向软件开发者,以及在这种权衡中如何找到最优解。这种对“为什么”的追问,让我对计算机的本质有了更深层次的理解。我特别喜欢书中关于性能度量的讨论,那些关于指令周期、时钟频率以及吞吐量等概念的阐述,让我明白了衡量一台计算机性能并非只有单一的标准,而是需要从多个维度进行考量。我一直在思考如何在有限的资源下最大化系统的效能,而这本书提供的关于并行计算、向量化处理以及数据局部性优化的技术,为我提供了切实可行的思路。我甚至开始构思如何在我的工作流程中引入这些技术,以期获得显著的性能提升。这本书的图表和插图也极具启发性,它们清晰地展示了那些抽象的硬件结构和执行流程,让我能够更直观地理解那些复杂的概念。我发现,每一次阅读,都能从中获得新的启发,都能发现之前未曾注意到的细节。这本书不仅仅是一本书,更是一个持续学习和成长的平台,它激发了我对计算机系统更深层次的探索欲望。

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这本书的魅力在于它能够将那些看似独立的计算机部件,巧妙地编织成一张宏大而精密的网络,让我对整个系统的运作有了更全面的认识。我尤其欣赏作者在介绍虚拟化技术时所进行的类比,将物理硬件比作“真实世界”,而虚拟机则像是“虚拟空间”,而虚拟化技术则扮演着“连接和管理”的角色。这种生动的比喻,让我对虚拟化技术的核心思想有了清晰的把握。我一直在思考如何更有效地利用计算资源,而这本书提供的关于虚拟机的创建、管理以及与物理硬件的交互方式的知识,为我提供了宝贵的实践指导。我开始研究如何部署和管理虚拟机,以及如何优化虚拟机的性能。这本书的语言风格非常引人入胜,它没有枯燥的堆砌,而是用一种娓娓道来的方式,将复杂的概念一一呈现。我发现,即使是我之前从未接触过的虚拟化技术,通过作者的细致解读,也能很快理解其核心原理。我甚至开始用一种更具前瞻性的眼光来审视我的系统架构,思考如何通过虚拟化技术来实现更高的灵活性和可伸缩性。这本书不仅仅是关于“如何使用虚拟机”,更是关于“如何构建一个更具适应性和效率的计算环境”。

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这本书仿佛一位经验丰富的建筑师,为我描绘了一幅幅精妙的计算机系统蓝图,让我理解了那些隐藏在摩天大楼之下的坚实地基。我被作者在探讨网络协议栈时所展现出的逻辑严谨所深深吸引,他将TCP/IP协议的每一层都进行了详细的剖析,并阐述了它们是如何协同工作来完成端到端的通信。这种对网络通信本质的深刻洞察,让我对互联网的运行原理有了更清晰的理解。我一直在思考如何优化网络应用的性能,而这本书提供的关于网络传输的各种参数、拥塞控制机制以及可靠性保障的知识,为我提供了宝贵的优化思路。我开始研究如何调整TCP的各种参数,以及如何设计更高效的网络应用。这本书的语言风格非常精炼而富有力量,它没有华丽的辞藻,而是用最简洁、最准确的语言来传达复杂的概念。我发现,即使是我之前认为已经很熟悉的网络通信,通过作者的深入解析,也能获得全新的认知。我甚至开始用一种更审慎的态度来审视我的网络应用设计,思考如何在保证数据传输的稳定性和效率的同时,最大化用户体验。这本书不仅仅是关于“如何进行网络通信”,更是关于“如何构建一个稳定、高效、可靠的网络世界”。

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这本书的每一页都充满了探索的乐趣,仿佛置身于一个巨大的迷宫,而作者则是一位经验丰富的向导,他不仅指引我方向,更在我迷茫时提供关键的提示。我尤其欣赏作者对于不同架构风格的对比分析,无论是RISC的简洁高效,还是CISC的强大指令集,他都能够深入浅出地剖析其优劣势,并结合历史背景和实际应用场景进行阐述。我记得在关于缓存一致性的章节,作者运用了生动的对话和场景模拟,让我理解了多核处理器之间数据同步的复杂性以及各种解决方案的巧妙之处。那种“A处理器更新了数据,B处理器如何及时感知并作出响应”的问题,在作者的笔下不再是冰冷的理论,而是充满了智慧的博弈。我并非一个初学者,但这本书仍然为我打开了新的视野。我一直在思考如何优化我的代码性能,而这本书提供的关于指令流水线、分支预测以及内存访问模式的见解,无疑为我提供了宝贵的理论基础。我开始尝试将书中学习到的知识应用到我的项目实践中,虽然效果还在验证中,但那种将理论付诸实践的兴奋感是无与伦比的。这本书的语言风格也非常独特,它既有学术的严谨,又不失流畅的表达,使得我即使在阅读那些高深的理论时,也不会感到枯燥乏味。我甚至可以想象,这本书将成为我未来职业生涯中不可或缺的参考书,它所包含的知识体系,能够帮助我应对更复杂的系统设计挑战。

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这本书给我最深刻的印象,是它对计算机系统“演进”过程的细致描绘,它不仅仅展示了“是什么”,更揭示了“为什么会这样”。我尤其欣赏作者在介绍中断机制时所做的类比,将中断比作“紧急通知”,并详细解释了它在处理外部事件时的重要作用。这种对底层机制的细致解读,让我对计算机的响应能力有了更直观的理解。我一直在思考如何提高程序的响应速度,而这本书提供的关于中断处理、设备驱动以及I/O操作的知识,为我提供了宝贵的优化思路。我开始研究如何更有效地处理I/O请求,以及如何减少不必要的中断。这本书的语言风格非常清晰而富有条理,它没有堆砌大量的技术术语,而是用通俗易懂的语言来阐释复杂的概念。我发现,即使是我之前完全没有接触过的领域,通过作者的引导,也能逐渐掌握其精髓。我甚至开始用一种更积极的态度来审视我的系统设计,思考如何通过优化I/O路径来提升整体性能。这本书不仅仅是关于“如何处理外部事件”,更是关于“如何构建一个响应迅速、效率高超的计算系统”。

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这本书给我带来的不仅仅是知识的增长,更是一种思维方式的转变,它让我从一个“使用者”的视角,转变为一个“理解者”甚至“设计者”的视角。我特别欣赏作者在阐述操作系统内核的复杂性时所使用的类比,将内核比作“城市的管理者”,负责调度资源、管理进程以及协调各个部门的工作。这种对操作系统核心职能的生动描绘,让我对操作系统的运作机制有了更深刻的理解。我一直在思考如何写出更高效、更稳定的程序,而这本书提供的关于进程管理、内存分配、文件系统以及系统调用的知识,为我提供了宝贵的实践指导。我开始研究如何更有效地利用系统资源,以及如何避免常见的系统级错误。这本书的语言风格非常严谨而又不失趣味性,它没有故弄玄虚,而是用清晰的逻辑和丰富的例子来阐述复杂的概念。我发现,即使是我之前从未接触过的操作系统内核的细节,通过作者的细致解读,也能很快理解其核心原理。我甚至开始用一种更具责任感的态度来审视我的程序设计,思考如何最大程度地减少对操作系统的负面影响,并成为一个“友好的”进程。这本书不仅仅是关于“如何理解操作系统”,更是关于“如何成为一名负责任的系统开发者”。

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这本书给我带来的最大感受,是一种“豁然开朗”的体验,它将那些曾经困扰我的技术难题一一解开,并为我指明了前进的方向。我特别欣赏作者在讲述存储器层次结构时所采用的类比,将寄存器、缓存、主存和外存比作不同层级的“记忆”,并详细解释了数据在这些层级之间流动和传输的机制。这种形象的比喻,让我彻底理解了为什么缓存如此重要,以及如何通过优化数据访问模式来提升程序性能。我一直在努力提升自己的编程效率,而这本书提供的关于缓存命中率、颠簸以及写回策略的知识,为我提供了宝贵的优化指南。我开始有意识地调整我的数据结构和算法,以期更好地利用缓存的优势。这本书的行文风格非常流畅自然,它并没有刻意追求华丽的辞藻,而是以最直接、最清晰的方式将复杂的概念传达给读者。我发现,即使是那些听起来很晦涩的技术术语,在作者的解释下也变得易于理解。我甚至开始将书中的一些理念应用到我日常的编码实践中,并且已经看到了初步的成效。这本书不仅仅是关于“如何写出更快的程序”,更是关于“如何理解计算机的运行本质,从而写出更优雅、更高效的程序”。

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这本书就像一本宏大的交响乐,虽然我才刚刚翻开序章,但已经能感受到其中蕴含的澎湃力量和精妙构思。从拿到这本书的那一刻起,我就被它厚重却又不失雅致的封面所吸引,那种沉甸甸的质感,仿佛承载着无数智慧的结晶。我并非计算机科学的科班出身,但这并不妨碍我被这本书所描绘的宏伟蓝图所震撼。它并不是那种枯燥的教科书,而是通过引人入胜的叙述,将那些抽象的概念变得鲜活起来。例如,书中对于处理器设计的早期探索,那种对效率和性能极致追求的精神,让我仿佛置身于那个充满挑战与创新的时代。我特别喜欢作者在介绍流水线技术时所使用的类比,将复杂的指令执行过程比作生产线上协同工作的工人,使得我对并行处理有了更为直观的理解。虽然我还没有深入到指令集架构的细节,但可以预见,这本书将会带领我一步步揭开计算机核心的神秘面纱,去理解那些支撑着我们日常数字生活的底层逻辑。我甚至开始想象,当深入学习之后,我能够以一种全新的视角去审视我手中的智能手机、我使用的笔记本电脑,甚至是我每天依赖的网络服务。这本书不仅仅是关于“计算机如何工作”,更是关于“如何让计算机工作得更好”,这种对优化的不懈追求,深深地打动了我。我迫不及待地想继续探索这本书的下一章节,去领略更多关于内存管理、缓存策略以及并发控制的奥秘。

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这本书给我带来了如同探索未知领域般的惊喜,它以一种系统化的方式,将计算机系统的各个组成部分联系起来,揭示了它们之间的内在逻辑。我被作者在阐述输入输出(I/O)系统时的细致描述所吸引,他不仅解释了各种I/O设备的类型和工作原理,更深入分析了CPU、内存和I/O设备之间的数据传输方式。这种对系统整体协作的深刻理解,让我看到了计算机系统是如何作为一个有机整体运作的。我一直在思考如何提高数据传输的效率,而这本书提供的关于DMA(直接内存访问)、中断驱动I/O以及缓冲区的概念,为我提供了宝贵的优化方案。我开始研究如何优化数据在CPU和外部设备之间传输的路径,以及如何减少CPU的干预。这本书的语言风格非常专业而又富有启发性,它没有故弄玄虚,而是用严谨的论证和清晰的逻辑来传达知识。我发现,即使是那些我原本认为已经很熟悉的I/O操作,在通过作者的深入剖析后,也能获得全新的认识。我甚至开始用一种更批判性的眼光来审视我的程序设计,思考如何在I/O密集型应用中,最大化数据传输的效率。这本书不仅仅是关于“如何管理I/O”,更是关于“如何构建一个高效、协同运作的计算机系统”。

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这本书就像一位睿智的老者,用他丰富的经验和深刻的洞察力,为我解读计算机世界的奥秘。我非常喜欢作者在探讨并行处理的章节中,对于多线程、多进程以及协程的深入分析。他不仅阐述了它们各自的特点和优势,更指出了它们在不同场景下的适用性。我一直在思考如何利用多核处理器来提升程序的并发性能,而这本书提供的关于线程同步、死锁避免以及资源共享的机制,为我提供了宝贵的理论指导。我开始尝试使用多线程来加速我的计算任务,并且在实践中不断学习和调整。这本书的语言风格非常沉稳而富有逻辑,它没有夸张的宣传,也没有空洞的理论,而是用扎实的知识和严谨的论证来征服读者。我发现,即使是那些我原本认为已经很熟悉的概念,在通过作者的重新解读后,也能获得全新的理解。我甚至开始用一种更审慎的态度来审视我的代码设计,思考如何在保证正确性的前提下,最大化并发的优势。这本书不仅仅是关于“如何利用多核”,更是关于“如何优雅地驾驭并发”,它帮助我建立了一种对并发编程的敬畏之心。

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