計算機組織－計算機結構經典題型解析. pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高點

作者:汪兆慶

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:20050101

价格:NT$ 480

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isbn号码:9789578144897

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• 计算机组织
• 计算机结构
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• 计算机科学
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• 基础

《计算机组织与结构：精解经典》 本书旨在为读者提供一个全面且深入的计算机系统组织与结构的学习指南。我们深入剖析了计算机科学领域的核心概念，从最基础的二进制表示到复杂的现代处理器架构，逐一展开详尽的讲解。本书的独特之处在于，它不仅仅是理论知识的罗列，更侧重于通过精选的经典题目解析，帮助读者建立起对这些概念的深刻理解和实际应用能力。 本书内容概览： 数据表示与运算： 我们首先从计算机能够理解和处理的最基本单元——数据表示讲起。这包括不同进制的转换（二进制、八进制、十进制、十六进制），整数和浮点数的表示方法，以及它们在计算机内部的存储方式。在此基础上，我们将详细讲解算术逻辑单元（ALU）如何执行加、减、乘、除等基本算术运算，以及逻辑运算（AND, OR, NOT, XOR）和移位操作。通过解析相关题目，读者将能够掌握如何分析不同数据表示下的运算结果，以及理解溢出等问题的产生机制。 指令集体系结构（ISA）： ISA是计算机硬件和软件之间的桥梁。本书将详细介绍指令集的组成部分，包括指令的格式、寻址方式（立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址+偏移量寻址等）以及指令的种类（数据传输指令、算术逻辑指令、控制流指令等）。我们将通过一系列经典的指令集题目，帮助读者理解不同寻址方式如何影响指令的执行效率和灵活性，以及如何根据给定的指令序列推断程序的执行流程。 处理器设计与流水线： 计算机的“大脑”——中央处理器（CPU）的设计是本书的核心内容之一。我们将深入探讨CPU的组成部分，如程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、通用寄存器、控制单元和ALU。特别地，我们将会详细讲解指令流水线技术。流水线是将指令的执行过程分解为若干个阶段（取指、译码、执行、访存、写回），并使这些阶段能够并行处理不同指令的技术。本书将通过对流水线冒险（结构冒险、数据冒险、控制冒险）的分析以及各种解决策略（静态流水线、动态流水线、乱序执行、分支预测）的讲解，帮助读者理解如何提高CPU的指令吞吐量和执行速度。大量的题目解析将使读者能够直观地计算流水线性能，并解决实际的流水线设计挑战。 存储器层次结构： 现代计算机系统为了在性能和成本之间取得平衡，采用了多级存储器结构。本书将详细介绍这种结构，包括寄存器、缓存（Cache）、主存（RAM）和外存（硬盘、SSD）的特性、工作原理和相互关系。我们将重点讲解缓存的工作原理，包括缓存的组织方式（直接映射、组相联、全相联）、替换算法（LRU, FIFO）以及写策略（写回、写通）。通过对缓存命中率、命中时间和性能影响的题目解析，读者将能够理解如何优化程序以提高缓存利用率，从而加速程序的执行。 输入/输出（I/O）系统： 计算机需要与外部世界进行信息交换，这通过I/O系统实现。本书将介绍不同的I/O技术，包括程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）。我们将详细讲解中断的工作机制，包括中断向量表、中断服务程序（ISR）以及中断优先级。DMA技术则允许设备直接与内存进行数据传输，而无需CPU的干预，从而释放CPU资源。通过实例分析，读者将了解不同I/O方式的优缺点以及它们对系统整体性能的影响。 多处理器与并行计算： 随着计算需求的不断增长，多核处理器和并行计算已成为主流。本书将介绍不同类型的多处理器系统，如对称多处理（SMP）和NUMA（非一致性内存访问）系统。我们将讨论多处理器系统中的同步和通信机制，例如锁、信号量以及共享内存模型。通过对并行算法和性能评估的题目解析，读者将能够理解如何在多核环境下设计高效的并行程序。 本书的特色： 精选经典题型： 本书精选了计算机组织与结构领域最常见、最核心的各类题型，涵盖了从基础概念到高级技术的方方面面。每道题都经过精心挑选，旨在揭示相关知识点的精髓。 详尽解析： 对于每一道题目，我们都提供了详尽、清晰的解析过程。解析中不仅包含计算步骤，更深入探讨了题目背后的原理和逻辑，帮助读者理解“为什么”以及“如何”解决问题。 启发式学习： 本书的编写风格注重启发性，鼓励读者主动思考。通过循序渐进的题目引导，帮助读者逐步建立起独立解决问题的能力，而不仅仅是记忆解题方法。 实战导向： 本书的解析侧重于理论知识在实际问题中的应用，帮助读者将抽象的概念转化为具体的解决方案，为未来的学习和实践打下坚实的基础。 适用读者： 本书非常适合计算机科学、软件工程、电子工程等相关专业的本科生、研究生，以及在职的计算机从业人员。无论是希望系统学习计算机底层原理的初学者，还是希望巩固和深化理解的进阶者，都能从本书中获益。 通过本书的学习，您将能够： 透彻理解计算机硬件的工作原理。 掌握数据表示、指令执行、存储器管理等核心概念。 提升分析和解决计算机体系结构相关问题的能力。 为学习操作系统、编译原理、嵌入式系统等后续课程打下坚实基础。 本书是一本不可多得的计算机组织与结构学习的得力助手，是您探索计算机奥秘、提升专业技能的理想选择。

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这本书最让我眼前一亮的地方，在于它对“经典题型解析”这一部分的精妙编排。很多教材在理论讲解完毕后，配套的习题往往是那种公式堆砌或者概念复述，读起来索然无味，对真正理解的帮助有限。但这本书不一样，它仿佛是精选了一系列历年来各个高校和专业考试中出现的“硬骨头”题目，并且每道题后面都附带着极其详尽的解题思路剖析。这些解析不是简单地给出正确答案，而是像一位经验丰富的老教授在手把手地指导你如何构建解题框架。例如，在处理涉及到缓存一致性协议（如MESI）的同步问题时，作者没有止步于解释协议规则，而是设置了一个多核并发修改数据的场景，然后一步步推导出在不同时刻各个缓存行状态的变化，最终落脚到为什么会发生写失效或读延迟。这种贴近实战的讲解方式，极大地提升了我的应试能力，也拓宽了我对理论知识应用边界的认知。我发现，当我试着自己解答一道题时，卡住的地方往往正是作者着重强调的“陷阱”所在，这说明作者对考点把握的精准度非常高，真正做到了以考促学，以题带论。

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这本书给我带来的最大改变，是打破了“计算机组成”与“操作系统”之间的那道无形的高墙。过去我总觉得，操作系统是管理资源的软件，而组成原理是那些冰冷的硬件电路和时序逻辑。但在阅读到关于中断处理、I/O接口设计以及特权指令执行的部分时，我赫然发现，操作系统内核的许多核心功能，例如上下文切换和异常响应，其底层实现逻辑和效率瓶颈，都深深地植根于特定的机器指令集和硬件中断结构中。作者在这部分内容的处理上，展现出一种超越学科壁垒的广阔视野。他不仅仅是在讲解硬件如何工作，更是在探讨硬件结构是如何“塑造”了操作系统的设计选择。这使得我的学习不再是孤立地掌握知识点，而是形成了一个相互关联、互相影响的系统认知。这种跨领域的贯通感，对于任何想要深入理解计算机系统的人来说，都是极其宝贵的财富，让我对未来深入学习操作系统和嵌入式系统充满了信心。

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在结构设计方面，这本书的组织逻辑严密得近乎于一种艺术。它并非采用传统的“先讲完硬件，再讲软件接口”的线性叙事，而是构建了一个清晰的抽象层次模型。刚开始的部分，着重于从冯·诺依曼体系结构的基本思想入手，建立起对“程序如何变成机器可以执行的动作”的整体认知。随后，它逐步深入到数据通路和控制单元的设计，这部分内容处理得非常巧妙，作者引入了有限状态机（FSM）的概念来描述控制逻辑，并用流程图的形式将复杂的时序控制具体化。我特别欣赏它在介绍RISC与CISC对比时所采取的辩证角度。它没有简单地宣称哪一种更优越，而是通过对比两种架构在指令集复杂度、寻址方式以及对编译器优化友好度方面的差异，让读者明白架构选择是一个综合考量的结果，与特定应用场景的需求息息相关。这种不偏不倚、注重内在逻辑和设计哲学的探讨，让我的知识体系更加坚实，而非仅仅停留在对术语的记忆层面。

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这本书，说实话，拿到手上的时候，我其实是有点忐忑的。毕竟“计算机组织”和“计算机结构”这种听起来就头疼的专业术语，总让人联想到厚厚一摞晦涩难懂的理论。我翻开目录，看到那些关于指令集架构、流水线技术、内存层次结构这些章节时，心里咯噔一下，想着这次估计又要啃好几本参考书才能勉强理解一二了。然而，真正开始阅读之后，那种预期的痛苦感并没有如期而至。作者的叙述方式非常注重“庖丁解牛”式的拆解，他似乎深知初学者面对这些复杂概念时的困境。比如，在解释CPU如何进行指令译码和执行的那一章，他没有直接抛出复杂的时序图，而是先用一个非常生动的类比，将CPU比作一个繁忙的工厂车间，每个部件都有其特定的职责和协作流程。这种由表及里、层层递进的讲解，让原本抽象的硬件操作变得具体可感。我尤其欣赏他对“性能优化”这一块的处理，他不仅仅是罗列了各种提高速度的方法，更重要的是，他深入探讨了每种优化手段背后的设计哲学和权衡取舍，比如在延迟和吞吐量之间的微妙平衡。读完这一部分，我感觉自己对现代处理器设计不再是雾里看花，而是有了一种清晰的蓝图感。这种从宏观架构到微观实现的平滑过渡，是很多教材所欠缺的。

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说实话，我是一个对图表和可视化有较高要求的人。枯燥的文字对我来说是致命的。这本书在这方面的投入是显而易见的。从一开始的二进制补码表示，到后面复杂的大型机内部结构图，图表的质量和清晰度都达到了专业水准。特别是关于存储器管理的部分，书中对虚拟内存、分页和分段机制的阐述，配上精心绘制的地址转换流程图，简直是教科书级别的清晰。我记得过去看其他资料时，总要在“逻辑地址”和“物理地址”之间绕来绕去，头脑发胀。但在这本书里，通过一个清晰的TLB（转换后援缓冲器）查找过程图，整个地址转换的路径一下子变得一目了然，效率和机制的优化点也自然浮现出来。此外，书中穿插的少量汇编代码片段，也都是经过高度精炼和注释的，它们作为理论与实践之间的桥梁，起到了至关重要的作用，有效地避免了纯理论带来的疏离感。

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