微型计算机技术/重点大学计算机专业系列教材

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出版者:第1版 (2005年6月1日)
作者:田艾平
出品人:
页数:521
译者:
出版时间:2005-6
价格:39.0
装帧:平装
isbn号码:9787302105480
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

《微型计算机技术》结构合理,取舍灵活,适当选用所需章节,可适应计算机相关专业本科教学需求。《微型计算机技术》配套有习题手册,可方便教师授课。

《微型计算机技术》可供有关技术人员学习和参考。

好的,这是一本针对计算机专业学生和工程师的综合性技术书籍的简介,内容涵盖了现代计算系统设计与实现的核心原理,但不包含“微型计算机技术/重点大学计算机专业系列教材”中的具体内容(如特定的微处理器架构细节、汇编语言编程、或特定微机接口技术)。 --- 《高性能计算架构与并行化编程范式》 内容提要: 本书深入探讨了现代计算系统从底层硬件组织到上层软件优化之间的复杂关系,重点聚焦于如何设计和利用日益增长的并行性,以应对大数据、人工智能和科学计算对性能的极限要求。它不仅仅是一本硬件介绍手册,更是一部指导读者掌握构建高效能计算解决方案的理论与实践指南。全书结构严谨,内容前沿,旨在培养读者对异构计算环境的深刻理解和系统优化能力。 第一部分:计算基石与体系结构演进 本部分为理解现代高性能计算(HPC)奠定了坚实的理论基础。我们首先回顾了计算理论的经典模型,并迅速过渡到后摩尔时代硬件设计所面临的根本性挑战——功耗墙与数据墙。 第一章:超越冯·诺依曼:内存层次结构与数据访问优化 本章详细剖析了现代处理器的内存层次结构,包括L1、L2、L3缓存的设计哲学、替换策略(如LRU的变种)及其对程序执行的影响。重点讨论了缓存一致性协议(如MESI及其扩展)在多核系统中的作用,以及如何通过数据局部性(Temporal and Spatial Locality)的分析,指导程序员重构数据结构和算法以最大限度地减少缓存未命中惩罚。此外,我们还探讨了非易失性内存(NVM)的出现对传统内存模型带来的冲击与机遇。 第二章:指令级并行性(ILP)与流水线深度解析 本章深入CPU内部,解析了超标量处理器如何通过指令级并行性提高吞吐量。内容涵盖动态调度(如Scoreboarding和Reorder Buffer)、分支预测技术的复杂性(如GShare和TAGE预测器)以及推测执行的潜在安全风险(如Spectre/Meltdown的原理剖析)。我们不关注特定CPU的指令集架构,而是着重于通用设计原理,阐明编译器如何将高级代码转化为高度并行的微操作序列。 第二章(续):现代处理器核心设计范式 本节对比了乱序执行(OoOE)与顺序执行(In-Order)核心在功耗与延迟敏感任务中的权衡。重点分析了寄存器重命名技术如何解决数据依赖性,以及内存访问重排(Memory Reordering)的规则,这对于理解后续的并发编程模型至关重要。 第二部分:并行计算的范式与模型 本部分将视角从单核性能推向多核与多处理器环境,详细介绍驱动现代HPC的几种主流并行化模型。 第三章:多核与众核处理器架构 本章对比了通用CPU(GPGPU)与专用加速器(如FPGA、ASIC)在并行计算任务中的设计哲学差异。重点分析了众核处理器(如GPU)的SIMT(Single Instruction, Multiple Thread)执行模型,包括线程束(Warp/Wavefront)的调度机制、线程发散的影响,以及如何有效利用其大规模的ALU资源。我们探讨了片上网络(NoC)的拓扑结构(如Mesh、Torus)如何影响多核间的通信延迟和带宽。 第四章:并行编程模型与接口标准 本章系统梳理了当前主流的并行编程模型。 OpenMP: 侧重于共享内存环境下的编译时指导和运行时库API,讲解如何使用指令集(如`pragma omp parallel for reduction`)实现数据并行和任务并行,并深入分析了OpenMP的线程安全性和同步机制。 MPI(Message Passing Interface): 详细介绍了分布式内存环境中进程间通信的核心概念,包括点对点通信(`MPI_Send`, `MPI_Recv`)与集合通信(`MPI_Bcast`, `MPI_Reduce`)的操作语义、阻塞与非阻塞模式的选择,以及如何通过通信拓扑优化性能。 CUDA与OpenCL: 针对异构计算,讲解了主机(Host)与设备(Device)之间的数据迁移策略,内存模型的区别(全局、共享、常量内存),以及如何通过网格/块/线程的层次结构映射计算任务。 第三部分:性能分析、优化与未来趋势 本书的最后部分聚焦于实际的系统优化技术和对未来计算模式的展望。 第五章:系统级性能度量与瓶颈诊断 本章强调了“测量比猜测重要”的原则。介绍使用性能计数器(Hardware Performance Counters)进行细粒度性能分析的方法,包括指令周期的测量、分支错失率、缓存访问模式的统计。重点讲解了如何利用采样型和指令统计型分析工具(如Linux `perf`)来识别程序中的热点区域和性能瓶颈,指导优化工作的方向。 第六章:数据依赖性与并行算法设计 本章是理论与实践的结合点。分析了经典算法(如矩阵乘法、快速傅里叶变换)在不同并行架构下的重构方法。重点讨论了如何处理循环依赖(Loop Carried Dependencies)、数据划分(Data Partitioning)策略(如块状划分、循环划分)以及如何通过Tiling/Blocking技术最大化缓存和寄存器利用率。我们还会探讨原子操作、屏障同步在避免竞争条件中的关键作用。 第七章:容错性与容错计算概述 在处理大规模并行系统时,错误的发生率显著增加。本章讨论了软错误(Soft Errors)的来源,以及在HPC应用中实现容错的基本技术,如冗余计算、Checkpoint/Restart 机制的有效性分析,以及面向特定算法的容错设计考量。 结语:面向新一代计算的展望 总结当前计算领域面临的挑战(如量子计算的潜在颠覆性、新型内存技术的融合),并展望如何通过软件栈的重新设计,更好地适应未来异构、大规模、低功耗的计算需求。 --- 适用对象: 本书适合计算机科学、软件工程、电子工程等相关专业的高年级本科生、研究生,以及从事高性能计算、系统软件开发、算法优化和并行编程的专业工程师。读者应具备C/C++编程基础和基本的数字电路/计算机组成原理知识。本书不要求预先掌握特定微处理器汇编语言或微机接口协议。

作者简介

目录信息

读后感

评分

我只有一句话好说,就是这本书上的错误比三叔的毛还多。剩下的话都是凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的凑字数的。

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用户评价

评分

这本书给我带来的最直观感受,便是它如同一个详尽的“计算机解剖图谱”,将微型计算机的内部构造一一呈现。我一直对那些藏在简洁用户界面背后的复杂机械运作感到好奇,而这本书则满足了我探索的欲望。作者以一种严谨而富有条理的方式,从最基本的逻辑门单元开始,逐步构建起了一个完整的微型计算机系统。我特别欣赏书中对数字逻辑电路设计的讲解,它将AND、OR、NOT等基本门电路如何组合成更复杂的逻辑单元,以及这些逻辑单元如何构成了CPU的核心部件,都做了清晰的描绘。这种从宏观到微观,再从微观回归宏观的讲解方式,让我对计算机的“硬件基础”有了颠覆性的认识。书中关于时序逻辑电路的阐述也让我印象深刻,它让我明白了计算机是如何通过时钟信号来同步各个部件的工作,以及触发器、寄存器等是如何实现数据的存储和传递的。理解了时序逻辑,也就理解了计算机“工作”的脉搏。此外,我对书中关于中断控制器和DMA(直接内存访问)的介绍也颇感兴趣,它让我明白了CPU是如何在不直接参与数据传输的情况下,实现高效的数据交换,从而大大提高了系统的整体性能。这种对并行处理和高效I/O的深入剖析,让我看到了微型计算机在性能优化方面的智慧。这本书的价值在于它的全面性,它涵盖了微型计算机从底层逻辑到系统架构的方方面面,为读者提供了一个完整的知识框架。我曾经为了理解流水线冲突的概念,而投入了大量的时间去分析各种指令之间的依赖关系,直到我能够自己设计一个简单的流水线优化算法,我才真正体会到计算机设计的精巧。这本书不仅仅是一本教材,更是一位引路人,为我指明了深入探索计算机世界的方向。

评分

这本书如同一扇通往微观世界的大门,为我打开了计算机底层运行的奇妙图景。我一直对那些看不见的指令如何驱动我们日常使用的设备感到好奇,而这本书恰恰满足了我的求知欲。它并非简单地罗列枯燥的硬件参数,而是循序渐进地剖析了微型计算机的核心构成,从CPU的指令集到内存的管理,再到各种外围接口的工作原理,都做了细致入微的讲解。特别令我印象深刻的是关于中断机制的阐述,它用生动形象的比喻解释了CPU如何在处理繁杂任务的同时,能够及时响应外部事件,这种底层机制的理解,让我对操作系统的设计有了全新的认识。书中大量的图示和流程图更是起到了画龙点睛的作用,将抽象的概念具象化,使得复杂的原理也变得易于理解。我记得在学习总线通信的部分,作者通过一个生动的“信使”模型,将数据在不同部件之间传输的过程描绘得淋漓尽致,这比死记硬背那些时序图要有效得多。此外,书中还涉及了一些汇编语言的入门知识,虽然我之前对此一窍不通,但在作者的引导下,我逐渐掌握了编写简单程序的技巧,这让我对软件与硬件之间的联系有了更深层次的体会。这本书的优点在于它的系统性和深度,它并非止步于对表面现象的描述,而是深入到原理层面,让读者能够真正理解“为什么”。对于有志于深入计算机科学领域,或者想要挑战自己技术瓶颈的读者来说,这本书绝对是一本不可多得的宝藏。它所涵盖的内容,不仅仅是理论知识,更是未来学习和研究的坚实基石。我至今还记得,在某个深夜,我反复研读了关于缓存一致性的章节,虽然花费了大量时间,但当最终豁然开朗的那一刻,那种成就感是无与伦比的。这本书不仅仅是一本书,更是一次启迪,一次对计算机世界的深度探索。

评分

这本书的魅力在于它能够将那些看似冰冷、抽象的硬件技术,赋予生命,让我看到了微型计算机内部精妙的“生命律动”。我一直认为,要真正掌握一项技术,就必须理解其最核心的原理,而这本书正是以这种“探寻本源”的方式,为我揭示了微型计算机的内在机制。从最基础的门电路原理开始,作者层层递进,逐步构建起了一个完整的微型计算机模型。我特别喜欢书中对CPU的指令集架构(ISA)的讲解,它不仅仅列举了各种指令,更是深入分析了指令的编码、寻址方式以及它们是如何组合来实现复杂功能的。这种对“指令语言”的深入理解,让我明白了软件与硬件是如何沟通的。书中关于流水线技术和超标量设计的阐述也让我受益匪浅,它让我了解了CPU是如何通过并行处理来提升执行效率的,以及现代处理器是如何通过各种技术来榨干每一丝性能的。这种对“速度的极致追求”的深入解读,让我看到了计算机性能提升的巨大潜力。此外,我对书中关于同步机制和互斥锁的介绍也颇有心得,它让我明白了多核处理器是如何协同工作的,以及如何避免竞态条件等问题。这种对“协作与安全”的深入探讨,让我看到了微型计算机系统在并发控制方面的挑战与智慧。这本书的优点在于它的启发性,它不仅仅提供了知识,更引导我去思考问题背后的原理。我曾经为了理解缓存一致性协议,而投入了大量的时间去分析不同处理器之间的消息传递过程,直到我能够自己设计一个简单的缓存一致性协议,我才真正体会到“多核协作”的精妙。这本书让我从一个“观察者”的角色,逐渐转变为一个“思考者”,一个能够审视和优化计算机系统设计的探索者。

评分

这本书就像一本“微型计算机的百科全书”,以其详尽的论述和清晰的逻辑,为我揭示了计算机世界的底层奥秘。我一直认为,要真正理解一项技术,就必须深入了解其最基础的原理,而这本书正是以这种“刨根问底”的方式,为我呈现了微型计算机的内在世界。从最基础的二进制编码开始,作者层层递进,逐步构建起了一个完整的微型计算机模型。我特别喜欢书中对存储器层次结构的讲解,它不仅仅罗列了各个存储器的性能指标,更是深入分析了它们之间的协同关系,以及为什么会存在这样的层次结构。这种对“信息金字塔”的深入理解,让我明白了程序运行速度的瓶颈所在。书中关于I/O设备接口和控制器的阐述也让我受益匪浅,它让我了解了键盘、鼠标、显示器等设备是如何与CPU进行通信的,以及各种接口标准(如UART、SPI)的特点和应用。这种宏观与微观相结合的讲解方式,使得我对整个微型计算机系统有了更全面而深入的认识。此外,我对书中关于指令集体系结构(ISA)的深入探讨也颇感兴趣,它让我明白了不同CPU架构(如RISC、CISC)的设计哲学,以及这些哲学如何影响软件的开发和性能。这种对“指令语言”的深入解读,让我看到了计算机设计的多样性与创新性。这本书的优点在于它的系统性,它涵盖了微型计算机从逻辑电路到系统架构的方方面面,为读者提供了一个完整的知识框架。我曾经为了理解DMA传输的原理,而投入了大量的时间去分析数据在CPU、内存和外设之间的流动过程,直到我能够自己设计一个简单的DMA控制器,我才真正体会到计算机的“高效传输”的智慧。这本书让我从一个“旁观者”的角色,逐渐转变为一个“参与者”,一个能够理解和分析计算机系统运作的探究者。

评分

这本书对我而言,简直是打开了微型计算机世界的一扇“上帝视角”,让我得以俯瞰整个系统的运作。我曾一度认为计算机只是一个黑箱,输入指令,输出结果,但这本书让我明白了,在那层层封装之下,隐藏着多么精妙的设计和严谨的逻辑。作者以一种非常清晰且富有趣味的叙事方式,将那些曾经令人头疼的底层概念,变得生动形象。我特别喜欢书中关于CPU流水线设计的讲解,它不仅仅是理论上的阐述,更是通过生动的例子,让我理解了如何通过指令并行化来提升CPU的执行效率。这种对“速度的极致追求”的理解,让我对现代处理器的设计有了新的敬畏。书中对缓存一致性协议的介绍也让我大开眼界,它让我明白了多核处理器是如何协同工作的,以及如何避免数据不一致的问题。这种对“协同”的深入剖析,让我看到了微型计算机系统在并行计算方面的挑战与智慧。此外,我对书中关于内存管理单元(MMU)和TLB(Translation Lookaside Buffer)的讲解也颇为欣赏,它让我了解了虚拟内存是如何工作的,以及TLB是如何加速地址翻译的。这种对“空间利用效率”的深入解读,让我看到了计算机在资源管理方面的精妙之处。这本书的独特之处在于它的深度和广度,它不仅仅讲解了理论,更触及了实际应用中的难点和挑战。我曾经花了一整个下午去研究页面置换算法,直到我能够模拟各种算法的性能表现,我才真正体会到操作系统的核心价值。这本书让我从一个被动的使用者,转变为一个主动的理解者,甚至是一个能够思考如何改进的观察者。

评分

这本书给我带来的最深刻印象,便是它如同一位“耐心细致的工程师”,将那些曾经令我望而却步的微型计算机概念,一点点地拆解,然后又巧妙地将它们重新组装起来,形成一个完整的、可理解的系统。我一直对计算机是如何“思考”和“工作”感到着迷,而这本书恰恰为我提供了一个窥探“思维秘密”的窗口。作者以一种非常逻辑化且结构严谨的方式,将微型计算机的内部运作原理一一展现在我面前。我特别喜欢书中关于CPU执行流程的讲解,它不仅仅介绍了指令的获取、解码、执行和写回等基本步骤,更是深入剖析了其中的时序控制和数据通路。这种对“工作流程”的细致描绘,让我明白了CPU是如何高效地处理每一条指令的。书中关于存储器管理单元(MMU)的详细介绍也让我印象深刻,它让我了解了虚拟内存是如何实现的,以及分页和分段技术是如何帮助操作系统管理内存资源的。这种对“内存空间”的精妙管理,让我看到了计算机在资源利用方面的智慧。此外,我对书中关于中断和异常处理的论述也颇有心得,它让我明白了计算机是如何应对各种意外情况的,以及如何通过中断机制来保证系统的稳定运行。这种对“危机应对”的深入解读,让我看到了计算机系统的鲁棒性。这本书的价值在于它的实操性,它不仅仅是理论上的阐述,更是通过大量的例子和图示,帮助读者理解抽象的概念。我曾经为了理解分页机制,而花费了好几个小时去模拟一个地址转换的过程,直到我能够亲手画出页表和页框图,我才真正体会到“虚拟地址”到“物理地址”的转换过程的严谨。这本书让我从一个“初学者”的角色,逐渐成长为一个能够独立分析和理解计算机系统运作的“实践者”。

评分

这本《微型计算机技术》如同一幅精美的“计算机构造蓝图”,将那些隐藏在设备内部的精密机械结构,以一种清晰而易于理解的方式呈现出来。我一直对计算机内部的运作机制充满好奇,而这本书恰如其分地满足了我探索的欲望。作者以一种非常严谨且富有逻辑性的笔触,将微型计算机的各个组成部分,从CPU到内存,再到I/O接口,都做了细致入微的描绘。我特别喜欢书中关于CPU内部数据通路和控制单元的讲解,它让我明白了CPU是如何执行算术运算、逻辑运算以及如何控制指令的流程的。这种对“指令执行引擎”的深入剖析,让我看到了计算机“思考”的每一个环节。书中关于存储器层次结构的详细论述也让我印象深刻,它不仅仅介绍了寄存器、缓存、主存和外存的性能特点,更是深入分析了它们之间的协同工作机制,以及如何通过合理的层次结构来优化数据访问的速度。这种对“信息流动路径”的精妙设计,让我看到了计算机系统在效率优化方面的智慧。此外,我对书中关于中断控制器和DMA(直接内存访问)的介绍也颇有心得,它让我明白了CPU是如何在不直接参与数据传输的情况下,实现高效的数据交换,从而大大提高了系统的整体性能。这种对“高效数据传输”的深入解读,让我看到了微型计算机在并行处理方面的创新。这本书的价值在于它的全面性,它涵盖了微型计算机从底层逻辑到系统架构的方方面面,为读者提供了一个完整的知识框架。我曾经为了理解中断向量表的概念,而投入了大量的时间去分析各种中断发生时CPU的中断处理流程,直到我能够自己模拟一次中断响应过程,我才真正体会到计算机“应急响应”的效率。这本书让我从一个“好奇者”的角色,逐渐成长为一个能够理解和分析计算机系统运作的“技术爱好者”。

评分

这本书的叙事风格就像一位经验丰富的老教授,娓娓道来,将那些曾经令我望而却步的微型计算机概念,化作了我眼中清晰而逻辑严谨的知识体系。我一直认为,要真正掌握一项技术,就必须理解其最基础的原理,而这本书正是以这种“追根溯源”的方式,为我揭示了微型计算机的内在奥秘。从最基本的逻辑门电路开始,作者层层递进,逐步构建起一个完整的微型计算机模型。我特别喜欢书中对CPU执行流水线原理的讲解,通过对指令预取、解码、执行、写回等阶段的详细剖析,让我明白了CPU是如何在极短的时间内处理海量指令的。这种对效率的极致追求,是现代计算机高性能的基石。书中对存储器层次结构的阐述也让我受益匪浅,从寄存器到高速缓存,再到主内存,最后到外存,作者清晰地勾勒出了数据在不同层次存储器之间流动的路径和原因。理解了这一层级结构,也就理解了为什么程序的执行速度会有差异,以及如何通过优化程序来提高性能。我还对书中关于I/O设备接口的章节印象深刻,它让我了解了键盘、鼠标、显示器等设备是如何与CPU进行通信的,以及各种接口标准(如USB、PCIe)的发展历程和技术特点。这种宏观与微观相结合的讲解方式,使得我对整个微型计算机系统有了一个全面而深入的认识。这本书的价值在于,它不仅仅传授知识,更培养了我独立思考和解决问题的能力。每一次的阅读,都像是与一位睿智的导师进行对话,让我不断挑战自己的认知边界。我曾花了好几个小时去理解中断向量表的概念,直到我能够清晰地画出其中断处理流程图,我才真正体会到计算机处理异常事件的优雅。这本书无疑为我在计算机科学的学习之路上打下了坚实的基础,让我更加自信地迎接未来的挑战。

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这本书的精妙之处在于它能够将那些看似高深莫测的微型计算机技术,转化为通俗易懂、引人入胜的知识。我原本对底层硬件的了解仅限于一些皮毛,但这本书如同一个神奇的放大镜,让我得以窥探到计算机心脏跳动的节奏。作者以一种非常巧妙的方式,将抽象的电子信号和逻辑运算,与我们日常熟悉的计算任务联系起来,让我深切体会到科技的魅力。我尤其喜欢书中关于数据表示和运算的部分,它详细讲解了二进制、补码、浮点数等概念,并阐述了CPU是如何进行加减乘除等基本运算的。这种对基础的扎实讲解,为我后续理解更复杂的算法打下了坚实的基础。书中对指令集体系结构(ISA)的介绍也让我大开眼界,它让我明白不同的CPU架构(如x86、ARM)为何会有不同的指令集,以及这些指令集是如何影响软件的性能和兼容性的。理解ISA,就像掌握了一门计算机语言的语法,能够更有效地进行编程和优化。此外,我对书中关于存储管理单元(MMU)的讲解印象尤为深刻,它让我明白了为什么不同的程序可以在同一个内存空间中运行而不会相互干扰,以及虚拟内存技术是如何实现的。这种对资源管理的深入剖析,让我对操作系统的精妙设计有了全新的认识。这本书的独特之处在于它的启发性,它不仅仅提供了答案,更引导我去思考问题背后的原理。我记得我曾经为了理解页表机制,反复推演了无数次,直到我能够亲手模拟一次地址转换的过程,那种顿悟的感觉,是任何其他学习方式都无法比拟的。这本书让我从一个“使用者”的角色,逐渐转变为一个“理解者”,甚至是一个“创造者”。

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这本《微型计算机技术》简直就是一本“计算机原理的炼金术指南”,它将那些看似神秘的硬件指令和信号,转化为了我脑海中清晰可辨的逻辑链条。我一直对那些驱动我们日常使用的设备运转的“幕后英雄”充满好奇,而这本书恰如其分地满足了我的求知欲。作者以一种非常系统且循序渐进的方式,将复杂的微型计算机内部结构,分解成易于理解的组成部分。我特别喜欢书中对CPU内部结构的讲解,从ALU(算术逻辑单元)到控制单元,再到寄存器文件,每一个组件的功能和协同工作方式都被描绘得淋漓尽致。这种对“核心引擎”的深入剖析,让我明白了计算机是如何进行算术运算和逻辑判断的。书中关于指令周期的详细阐述也让我印象深刻,它让我明白了CPU是如何一步步地执行每一条指令的,以及时钟信号在其中扮演的关键角色。理解了指令周期,也就理解了计算机“思考”的节拍。此外,我对书中关于总线接口和通信协议的介绍也颇有心得,它让我了解了CPU是如何与内存、I/O设备进行数据交换的,以及各种总线标准(如ISA、PCI)的演进历程。这种对“信息高速公路”的深入解读,让我看到了计算机系统在数据传输效率方面的努力。这本书的价值在于它的启发性,它不仅仅提供了知识,更激发了我对计算机底层机制的深入探究。我曾经为了理解中断处理流程,而画了无数张流程图,直到我能够清晰地阐述每一次中断发生时CPU所执行的操作,我才真正体会到计算机的“响应机制”的精妙。这本书无疑为我在计算机科学的学习之路上打下了坚实的基础,让我更加自信地迎接未来的挑战。

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偶敬爱的田艾平老师写滴。^_^

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