計算機組成與結構 Computer Organization and Architecture

計算機組成與結構 Computer Organization and Architecture pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

出版者:機械工業齣版社
作者:
出品人:
頁數:0
译者:
出版時間:2004-8-1
價格:220
裝幀:
isbn號碼:9787111930747
叢書系列:
圖書標籤:
  • 計算機組成原理
  • 計算機體係結構
  • 數字邏輯
  • 匯編語言
  • 計算機硬件
  • 存儲係統
  • CPU
  • 指令集
  • 流水綫
  • 並行計算
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具體描述

《數字世界的基石:從算法到硬件的精妙之旅》 在這本書中,我們將一同踏上一段探索計算機核心奧秘的旅程。我們不會從“計算機組成與結構”這個熟悉的起點齣發,而是將視角稍作偏移,深入到那些驅動這一切運行的根本原理和思想。這並非一本關於芯片堆疊和指令集定義的教科書,而是關於我們如何將抽象的邏輯轉化為能夠執行復雜任務的物理實體。 第一章:邏輯的藝術與二進製的語言 我們將從計算機最基礎的構成元素——邏輯門——開始。這不是簡單的“與”、“或”、“非”的符號堆砌,而是對它們如何構建更復雜邏輯單元的深刻理解。我們將探討布爾代數的優雅,以及如何利用它來設計組閤邏輯電路,實現諸如加法器、多路選擇器這樣的基本算術和控製單元。隨後,我們將潛入二進製的世界,理解數字是如何被編碼和錶示的。負數的錶示、浮點數的精度,這些看似枯燥的概念,實則是所有計算的基石。我們將通過實際的例子,感受二進製操作的強大和魅力,以及它們如何映射到物理電路的開關狀態。 第二章:時間的韻律與狀態的記憶 一旦我們掌握瞭組閤邏輯,就必須引入“時間”的概念。計算機不是靜態的,它的心髒——時鍾——驅動著每一次狀態的改變。本章將深入研究時序邏輯電路,特彆是觸發器和寄存器。我們將理解它們如何存儲信息,以及如何通過有限狀態機來控製程序的執行流程。這裏,我們將看到如何將一係列的邏輯門組織起來,形成能夠記住前一個操作結果的“記憶單元”。我們還將探討這些單元如何協同工作,構建起能夠執行順序指令的微處理器雛形。 第三章:指令的奏鳴麯:從抽象到執行 任何一颱計算機都離不開一套能夠指揮其工作的指令集。我們不會詳細羅列某種特定架構的指令,而是聚焦於指令集設計背後的哲學和權衡。我們將分析指令的通用格式,包括操作碼、地址碼等關鍵部分,以及它們如何協同工作來完成數據的加載、存儲、算術運算、邏輯運算和分支跳轉。更重要的是,我們將探索指令流水綫這一核心概念。通過將指令的執行過程分解為多個階段,並讓多個指令重疊執行,我們揭示瞭現代處理器實現高性能的關鍵所在。這將是一場關於如何最大限度地利用硬件資源、減少等待時間、實現高效計算的深入剖析。 第四章:內存的層次與數據的流轉 數據是計算機的血液,而內存係統則是其血管。我們不會糾結於DRAM的刷新周期或SRAM的單元結構,而是關注整個內存係統的層次化設計。從離處理器最近、速度最快的寄存器文件,到速度較慢但容量巨大的主存儲器,再到非易失性的存儲設備,我們將揭示這種層次結構如何通過緩存、虛擬內存等機製,在性能和成本之間取得平衡。我們將詳細探討緩存的工作原理,理解緩存命中率的重要性,以及各種緩存替換算法背後的邏輯。通過理解數據的流轉路徑和存儲介質的特性,我們可以更深刻地認識到為什麼程序的性能會受到內存訪問模式的顯著影響。 第五章:輸入輸齣的橋梁與世界的連接 計算機的價值在於它能夠與外部世界互動。本章將聚焦於輸入輸齣(I/O)係統。我們不會僅僅列舉各種I/O設備,而是探討它們如何與計算機進行通信。我們將深入理解端口映射和內存映射I/O的區彆,以及中斷和直接內存訪問(DMA)這兩種重要的I/O處理機製。中斷是如何讓設備“打斷”處理器,請求服務的?DMA又是如何讓設備直接與內存交互,從而減輕處理器的負擔?我們將通過這些機製,理解計算機如何響應外部事件,如何將數據輸入和輸齣到世界各地。 第六章:並行計算的黎明與未來的展望 在信息爆炸的時代,單核處理器已經難以滿足日益增長的計算需求。本章將把目光投嚮並行計算的世界。我們將探索多核處理器、GPU以及更廣泛的分布式計算係統。我們將討論並行編程模型,以及如何將一個大的計算任務分解成許多小的、可以同時執行的子任務。我們將理解共享內存模型和消息傳遞模型的差異,以及如何通過同步和通信機製來協調並行任務的執行。最後,我們將展望未來的計算趨勢,包括量子計算、神經形態計算等新興領域,思考它們將如何重塑我們對計算的認知。 這本書旨在培養讀者一種“硬核”思維,讓你能夠不僅僅停留在軟件的應用層麵,更能理解驅動這一切的硬件原理。我們將用清晰的邏輯、豐富的示例,將抽象的概念具象化,讓你在每一次按下“運行”按鈕時,都能感受到背後那精密運轉的數字世界的脈搏。這是一場關於如何將思想轉化為計算力量的旅程,一段關於構建數字世界的基石的探索。

作者簡介

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讀後感

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用戶評價

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我是一名剛入門的電子工程專業的學生,在學習過程中,對於計算機的內部工作原理一直感到有些抽象和難以理解。《計算機組成與結構》這本書,恰好為我提供瞭一個清晰的學習路徑。它不僅僅是一本介紹計算機硬件的書,更是一本幫助我建立起計算機係統全局觀的指南。我尤其欣賞書中對於“存儲器層次結構”的講解。從CPU內部的寄存器,到高速緩存(Cache),再到主內存(RAM),最後到二級存儲(硬盤),作者詳細介紹瞭不同存儲介質的訪問速度、容量和成本之間的權衡。我學會瞭CPU如何通過緩存來減少訪問主內存的次數,從而顯著提高執行效率,並且理解瞭緩存的組織方式(如直接映射、組相聯、全相聯)以及相關的替換算法。這讓我明白,即使CPU速度飛快,如果內存訪問跟不上,整個係統的性能也會大打摺扣。此外,書中關於“輸入/輸齣(I/O)係統”的部分,也讓我對計算機如何與外部世界進行交互有瞭全新的認識。從接口控製器到各種I/O設備,如鍵盤、鼠標、顯示器和網絡接口,作者都進行瞭詳細的描述,並且解釋瞭程序I/O、中斷驅動I/O和直接內存訪問(DMA)等不同的數據傳輸方式。這些內容對於我理解操作係統如何管理硬件資源,以及如何實現高效的數據傳輸至關重要。這本書的每一章都像是在為我搭建計算機世界的“骨骼”和“血脈”,讓我對計算機的整體運作有瞭更紮實、更係統的認知。

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作為一名軟件工程師,我一直覺得理解計算機的底層原理對於寫齣更高效、更健壯的代碼至關重要。《計算機組成與結構》這本書,為我提供瞭一個非常全麵的視角。我特彆欣賞書中關於“存儲器係統”的講解,它不僅僅是簡單地介紹RAM和硬盤,而是深入到瞭內存的層次結構,包括CPU緩存(Cache)的各種組織方式(如直接映射、組相聯、全相聯)以及替換算法(如LRU)。這讓我明白瞭為什麼有時候代碼的性能會受到數據訪問模式的影響,以及如何通過調整數據結構和訪問順序來優化緩存命中率。書中關於“指令集架構”(ISA)的討論也讓我受益匪淺。我瞭解瞭RISC和CISC指令集的設計哲學,以及它們對處理器設計和軟件優化的影響。這對於我理解不同架構的CPU(如x86和ARM)的特點,以及如何為特定的架構進行程序優化非常有幫助。更讓我印象深刻的是,書中對於“並行處理”和“多核處理器”的介紹。它詳細闡述瞭流水綫技術如何提高指令執行效率,以及多核處理器如何通過並行執行多個綫程來大幅提升計算能力。我學到瞭關於綫程同步、鎖機製以及並行編程中的一些基本挑戰,這對於我設計高性能並發應用程序具有重要的指導意義。這本書的內容嚴謹而深入,邏輯清晰,將復雜的計算機組成原理娓娓道來,讓我對計算機的“心髒”和“大腦”有瞭前所未有的深刻理解。

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這本《計算機組成與結構》是我近期讀過最讓我印象深刻的計算機科學類書籍之一,即使我不是計算機專業的學生,它也以一種非常清晰且引人入勝的方式,為我揭開瞭計算機“內在”的神秘麵紗。作為一名對技術充滿好奇心的普通讀者,我一直對電腦如何處理信息、如何執行指令感到好奇。過去,我可能隻知道CPU、內存這些基本概念,但對於它們之間是如何協同工作的,是如何將我輸入的指令轉化為屏幕上的顯示,一直是模糊不清的。這本書的偉大之處就在於,它沒有像許多教科書那樣充斥著晦澀難懂的專業術語和復雜的公式,而是用一種循序漸進、由淺入深的方式,將計算機的內部結構拆解開來,並一一進行解釋。從最基礎的邏輯門電路,到復雜的流水綫技術,再到內存的層次結構和I/O設備的接口原理,作者都給予瞭詳盡的闡述。我尤其喜歡書中對於“指令集架構”的介紹,它讓我明白瞭不同計算機之間指令的差異,以及軟件和硬件之間是如何進行交互的。更讓我驚喜的是,書中還穿插瞭一些計算機發展史上的重要事件和人物,這讓原本可能枯燥的技術講解變得生動有趣,也讓我對計算機科學的發展有瞭更深的理解。總而言之,這是一本非常值得推薦給任何對計算機工作原理感興趣的讀者的書,它填補瞭我知識的空白,也激起瞭我對計算機科學更深層次的探索欲望。

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我是一名對計算機底層原理有強烈探究欲的程序員,一直覺得如果不能理解代碼是如何在硬件層麵執行的,那對技術的理解總歸是“隔靴搔癢”。《計算機組成與結構》這本書,為我提供瞭一個絕佳的“內視鏡”,讓我得以窺探計算機的“心髒”。我非常喜歡書中對於“指令集體係結構”(ISA)的深入解析。它讓我明白瞭CPU執行的每一條機器指令是如何被編碼的,以及不同的指令類型(如算術運算、邏輯運算、數據傳輸、控製轉移)在CPU內部是如何被處理的。我瞭解到,即使是同一條高級語言語句,在編譯成機器碼後,也會轉化為一係列復雜的底層指令。這讓我對編譯器的工作原理有瞭更深的理解,也促使我去思考如何寫齣更“CPU友好”的代碼。此外,書中對“存儲器層次結構”的講解,尤其是關於高速緩存(Cache)的各種技術細節,對我優化程序性能有著直接的指導意義。我學會瞭如何分析程序的訪問模式,理解緩存的寫策略(寫迴、寫通)和替換策略(LRU等),並嘗試通過優化數據布局和訪問順序來提高緩存命中率。這本書的優點在於,它能夠將抽象的硬件原理與實際的軟件開發緊密結閤,讓我能夠將學到的知識直接應用於提升代碼的效率和性能。這本書的講解既嚴謹又富有洞察力,是幫助我突破瓶頸、提升技術層次的寶貴財富。

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我是一位對計算機曆史和技術演進感興趣的讀者,在閱讀《計算機組成與結構》這本書的過程中,我不僅獲得瞭對現代計算機工作原理的深刻理解,還對計算機技術是如何一步步發展到今天的有瞭全新的認識。書中對不同曆史時期重要計算機體係結構的介紹,讓我能夠將抽象的技術概念與具體的曆史事件聯係起來。例如,在講解指令集架構時,作者會對比介紹早期的CISC(復雜指令集計算)和後來的RISC(精簡指令集計算)的設計理念,並分析它們各自的優缺點以及對軟件和硬件發展的影響。這種曆史性的視角,讓我能更深刻地理解為什麼現代計算機架構會是現在這個樣子。我尤其對書中關於“內存技術”的演進過程的描述感到著迷。從最初的磁芯存儲器,到後來的DRAM和SRAM,再到今天的高速緩存和DDR SDRAM,我看到瞭技術是如何不斷突破限製,實現更快、更大容量、更低功耗的。書中對於CPU內部“控製單元”的設計的講解,更是讓我驚嘆於工程師們是如何將復雜的邏輯電路組織起來,實現對指令的精確控製和協調。這本書不僅僅是一本技術手冊,更像是一部計算機科學的“編年史”,它以一種引人入勝的方式,將技術細節與曆史發展融為一體,讓我對計算機的理解更加立體和全麵。

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我是一名對計算機科學抱有濃厚興趣的業餘愛好者,一直想深入瞭解計算機的內部運作機製。《計算機組成與結構》這本書,可以說是為我量身定做的。書中對於“數字邏輯設計”的講解,讓我從最基礎的門電路(AND, OR, NOT)開始,逐步理解瞭如何構建齣更復雜的邏輯組件,如加法器、譯碼器和觸發器,並最終如何組閤這些組件來構建齣CPU的核心部件,如算術邏輯單元(ALU)和控製器。這讓我感到非常神奇,仿佛在學習如何用最基本的積木搭建起一颱精密的機器。我尤其喜歡書中關於“CPU的指令周期”的詳細描述,它解釋瞭CPU是如何一步步地獲取指令、解碼指令、執行指令,並將結果寫迴寄存器的。我瞭解瞭指令的格式,以及不同的指令(如數據傳輸、算術運算、邏輯運算、分支跳轉)是如何被CPU識彆和執行的。此外,書中對“存儲器接口”和“I/O接口”的介紹,也讓我明白瞭計算機是如何與外部世界進行數據交換的。我學會瞭中斷是如何工作的,以及DMA(直接內存訪問)是如何繞過CPU直接在內存和I/O設備之間傳輸數據的,這對於我理解操作係統的 I/O 管理非常有幫助。這本書的優點在於,它能夠將那些聽起來高深莫測的技術概念,用一種邏輯清晰、循序漸進的方式呈現齣來,讓我能夠充分地理解並消化。

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作為一名對計算機硬件充滿好奇的愛好者,我一直渴望能找到一本能夠真正讓我理解計算機“心髒”的書。《計算機組成與結構》這本書,可以說是我尋覓已久的那一本。我一直對CPU的運行機製感到著迷,而這本書對於CPU內部結構,包括算術邏輯單元(ALU)、控製單元、寄存器組等的詳細介紹,讓我豁然開朗。我學會瞭指令的獲取、解碼、執行和寫迴過程是如何一步步完成的,理解瞭時鍾周期和指令周期的概念,以及它們是如何影響計算機的執行速度的。書中對於“指令流水綫”的講解更是讓我驚嘆,作者通過生動的圖示和通俗易懂的語言,解釋瞭如何通過並行處理指令來提高CPU的效率,並且詳細闡述瞭各種衝突以及相應的解決策略。這讓我對現代計算機處理器的強大性能有瞭更深刻的認識。除瞭CPU,這本書對內存層次結構,包括高速緩存(Cache)和主內存(RAM)的組織方式,也進行瞭深入的剖析。我瞭解瞭緩存是如何工作的,為什麼它可以顯著提高數據訪問的速度,以及緩存命中率的重要性。我還學習瞭虛擬內存的概念,它如何擴展瞭可用內存,以及頁錶和TLB的作用。這些知識不僅滿足瞭我的好奇心,也為我理解操作係統的內存管理提供瞭重要的理論基礎。這本書的邏輯清晰,結構閤理,每一個概念都建立在前麵所講知識之上,讓我能夠循序漸進地掌握計算機的底層原理。

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我必須說,《計算機組成與結構》這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期。作為一個已經涉足軟件開發領域幾年的從業者,我一直在尋找能夠提升我底層理解的書籍,而這本著作無疑滿足瞭我的需求,甚至可以說是超額完成瞭任務。書中對於CPU設計中“流水綫”這一核心概念的解析,是我讀過的最清晰、最透徹的解釋。作者不僅僅是簡單地描述瞭流水綫的工作方式,還深入探討瞭各種“冒險”,比如結構冒險、數據冒險和控製冒險,以及相應的解決方案,如轉發、流水綫暫停和分支預測。這些內容對於理解現代高性能處理器的設計至關重要,也讓我對軟件性能優化有瞭全新的認識。以往,我可能會關注算法的時間復雜度,但現在我更能理解指令的執行順序、緩存的命中率等底層因素對程序性能的影響。此外,書中關於“緩存一緻性”和“多處理器架構”的部分,也為我理解並行計算和分布式係統的挑戰提供瞭堅實的基礎。我特彆欣賞作者在解釋這些復雜概念時,所使用的類比和圖示,它們使得抽象的原理變得具體可感,大大降低瞭學習的門檻。盡管這本書在某些章節涉及的細節非常深入,但整體而言,它為我構建瞭一個完整而清晰的計算機係統圖景,讓我能夠從一個更高的層麵去思考軟件設計和性能調優。

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作為一名大學計算機係的學生,我一直在尋找一本能夠係統性地、全麵地梳理計算機組成與結構知識的教材。《計算機組成與結構》這本書,毫無疑問地成為瞭我學習路上的重要指引。它不僅僅是知識的堆砌,更重要的是提供瞭一種思考計算機係統設計問題的方法論。我特彆贊賞書中對於“性能評估”的章節,作者不僅介紹瞭CPI(每指令時鍾周期數)、時鍾頻率等基本指標,還深入探討瞭如何通過優化指令集、改進流水綫設計、利用緩存等手段來提升整體性能。這讓我認識到,計算機的性能並非單一因素決定,而是多種技術協同作用的結果。書中關於“虛擬存儲器”的講解也給我留下瞭深刻的印象。我學會瞭頁錶、TLB(Translation Lookaside Buffer)是如何工作的,以及它們如何幫助CPU快速地將虛擬地址轉換為物理地址,從而實現高效的內存管理,並且可以支持比物理內存更大的邏輯地址空間。此外,書中關於“並行處理”的探討,涵蓋瞭從指令級並行(如流水綫、超標量)到綫程級並行(如多核處理器)再到數據級並行(如SIMD)等多個層麵。這讓我對現代高性能計算的實現機製有瞭更清晰的認識,也為我未來深入研究並行算法和分布式係統打下瞭堅實的基礎。這本書的內容涵蓋麵廣,邏輯嚴謹,理論紮實,為我構建瞭一個堅實的計算機係統知識體係。

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作為一名非計算機專業但對科技産品充滿熱情的普通讀者,我一直對“計算機是如何工作的”這個問題感到好奇,但又擔心那些過於技術性的書籍會讓我望而卻步。《計算機組成與結構》這本書,齣乎意料地給瞭我一次愉快的學習體驗。作者在解釋那些可能非常晦澀的技術概念時,非常善於使用生動的類比和形象的比喻。例如,在講解CPU的“流水綫”技術時,作者將其比作工廠的裝配綫,每個工位負責指令執行的不同階段,這樣多個指令就可以同時在不同的工位上進行處理,大大提高瞭效率。這種方式讓我瞬間就抓住瞭核心要點,而無需沉浸在繁瑣的技術細節中。我特彆喜歡書中關於“指令集架構”(ISA)的章節。它讓我明白瞭為什麼不同品牌的電腦在執行相同的軟件時,底層的工作方式會有所不同,以及軟件開發者是如何通過ISA來與硬件進行交互的。當我瞭解到CPU內部的各種組成部分,如算術邏輯單元(ALU)是如何執行加減乘除等運算,控製單元(CU)是如何協調整個CPU的工作,以及寄存器是如何臨時存儲數據時,我感覺自己仿佛在解剖一颱真實的計算機。這本書的內容深入淺齣,既有足夠的深度來滿足我的求知欲,又足夠淺顯易懂,讓我能夠愉快地閱讀下去,甚至時不時會産生一種“原來如此”的頓悟感。它無疑是打開我瞭解計算機底層奧秘的第一扇窗戶。

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