计算机硬件基础教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:史嘉权

出品人:

页数:456

译者:

出版时间:2004-8-1

价格:35.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302086710

丛书系列:

图书标签:

• 计算机硬件
• 硬件基础
• 计算机组成原理
• 数字电路
• 微机原理
• 电子技术
• 硬件教学
• 入门教程
• DIY组装机
• 电脑维修

好的，根据您的要求，这是一本名为《计算机硬件基础教程》的图书的详细简介，内容聚焦于计算机硬件的各个方面，旨在为读者提供扎实的理论知识和实践技能，但不包含您提供的书名本身： --- 深入探索计算核心：现代计算机硬件架构与实践指南 导言：驾驭数字世界的基石 在信息技术飞速发展的今天，我们日常所依赖的每一次点击、每一次运算，背后都离不开一套复杂而精密的硬件系统。这本书籍并非泛泛而谈的科技发展史，而是为那些渴望真正理解计算机“心脏”如何跳动、数据“血液”如何流动的学习者和实践者量身定制的深度指南。我们旨在拆解那些看似神秘的电子元件，揭示其工作原理，并展示现代计算设备是如何从最基本的物理定律中构建出强大处理能力的。 本书的结构旨在实现理论知识与实际应用之间的无缝衔接。从最底层的逻辑门，到构建现代处理器的复杂流水线，再到海量数据的存储与高速传输，我们将系统性地引导读者完成一次完整的硬件探索之旅。 --- 第一部分：计算的物理基础与逻辑单元 本部分将读者带回到电子学的基本层面，奠定理解复杂系统的必要基础。我们不再将电子元件视为黑箱，而是深入探究它们如何实现信息的编码与操作。 第一章：信号、电位与二进制的桥梁 我们将从电学基础出发，探讨电流、电压和电阻在数字电路中的角色。重点阐述如何将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。二进制（0和1）作为信息的基本载体，其在物理世界中的具体实现方式——高低电平、晶体管开关状态——将得到细致的剖析。 第二章：逻辑门阵列——构建计算的基石 逻辑运算是所有数字处理的起点。本章将详细介绍基本逻辑门（与、或、非、异或）的构造、真值表及其在集成电路中的实现。随后，我们将进阶到更复杂的组合逻辑电路，如编码器、译码器、多路复用器和加法器。读者将亲手设计和分析全加器，理解多位数据运算是如何通过级联的简单逻辑门实现的。 第三章：时序逻辑与状态的记忆 数字系统不仅需要进行运算，更需要“记忆”和“状态”。本章聚焦于存储信息的基础单元：锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）。我们将区分同步与异步逻辑，深入研究D触发器、JK触发器的工作机制，并阐述它们如何构建SRAM的基础存储单元。计数器和寄存器作为时序电路的典型应用，其设计与应用场景将被完整呈现。 --- 第二部分：中央处理器的深度解构 处理器（CPU）是计算机的灵魂。本部分将从微架构的角度，对现代高性能处理器的核心组成部分进行详尽的剖析。 第四章：指令集架构（ISA）的蓝图 指令集是硬件与软件之间的契约。本章将剖析不同类型的ISA，如CISC（复杂指令集）和RISC（精简指令集）的设计哲学差异及其对硬件实现的影响。我们将详细解读操作码、寻址模式和寄存器文件在指令执行中的关键作用。通过对典型指令（如数据传输、算术逻辑运算）的分析，建立对程序如何转化为机器动作的直观认识。 第五章：数据通路与控制单元的协同工作 本章核心在于理解单周期CPU和多周期CPU的设计。我们将绘制数据通路图，清晰展示指令从取指、译码、执行到写回的完整路径。随后，重点转向控制单元的设计——如何生成精确的时序信号来驱动数据通路中的每一个部件。状态机的概念在控制单元设计中的应用将得到详尽的论述。 第六章：流水线技术：提升执行效率的革命 现代处理器的速度很大程度上依赖于流水线技术。本章将深入探讨五级甚至更深层次的流水线结构，如取指、译码、执行、访存、写回。我们将重点分析流水线引入的数据冒险（Data Hazards）和控制冒险（Control Hazards），并介绍如何通过指令气泡/暂停和分支预测技术来缓解这些问题，从而最大化吞吐量。 第七章：Cache存储器的分层结构与命中策略 主存的速度无法满足CPU的性能需求，Cache作为高速缓存机制变得至关重要。本章将详细解释Cache的物理结构（块、行、索引、标签），并深入探讨直接映射、组相联映射和全相联映射三种映射策略的优缺点及适用场景。同时，关于写分配（Write Allocate）和写回/直写（Write-Back/Write-Through）等缓存一致性协议也将被清晰阐述。 --- 第三部分：内存系统与I/O管理 高效的计算不仅依赖于强大的处理器，更依赖于快速、有序的数据存取和输入/输出管理。 第八章：主存储器（RAM/ROM）的技术原理 本章将区分易失性存储器（DRAM/SRAM）和非易失性存储器。我们将剖析DRAM的工作机制，包括其刷新周期和读写过程，解释为什么它需要周期性的电力来维持数据。对于固态硬盘（SSD）的NAND闪存结构及其磨损平衡算法，也将提供深入的见解。 第九章：总线架构与数据传输协议 总线是系统中各个部件通信的桥梁。本章将分析内存总线、I/O总线（如PCI Express）的基本结构。我们将详细解读总线的仲裁机制（如轮询、链式、独立请求），以及突发传输、同步/异步传输模式如何影响系统带宽和延迟。PCIe协议中的数据包结构和链路层握手过程将作为现代高速总线案例进行重点分析。 第十翼：中断、DMA与I/O控制 处理器如何高效地处理外部设备请求？本章将聚焦于中断控制器（PIC/APIC）的工作流程，解释中断的优先级管理和向量化处理。随后，我们将深入探讨直接内存访问（DMA）技术，阐明DMA控制器如何接管数据传输任务，从而解放CPU，实现真正意义上的并发操作。 --- 结语：超越当前的视野 本书的最终目标是培养读者一种“硬件思维”——一种能够预见潜在瓶颈、理解性能限制的分析能力。掌握这些基础知识，不仅能帮助您更好地配置和维护计算机系统，更能为未来学习操作系统、编译器设计乃至更前沿的并行计算和异构计算打下不可动摇的根基。通过对这些核心原理的掌握，您将不再仅仅是计算机的使用者，而是能够深入理解并有效驾驭数字世界引擎的构建者。 ---

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