Introduction to RISC Assembly Language Programming

Introduction to RISC Assembly Language Programming pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Addison Wesley
作者:John Waldron
出品人:
页数:192
译者:
出版时间:1998-10-21
价格:USD 45.80
装帧:Paperback
isbn号码:9780201398281
丛书系列:
图书标签:
  • RISC
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具体描述

好的,这是一份关于《计算机体系结构与组织原理》的图书简介: 《计算机体系结构与组织原理》 内容简介 本书旨在为计算机科学、电子工程以及相关领域的研究生和高级本科生提供一个全面而深入的视角,探讨现代计算机系统的底层设计、结构以及工作原理。我们超越了简单的汇编语言编程层面,深入到硬件与软件的交界面,解析指令集架构(ISA)如何影响系统性能、功耗和可扩展性,以及微架构设计如何实现这些架构目标。 本书内容组织严谨,逻辑清晰,旨在构建一个坚实的理论基础,并辅以大量的实际案例分析,帮助读者理解从晶体管级别到多核并行处理器的整个计算机栈。 第一部分:基础与抽象层 第1章:计算的演进与层次结构 本章首先回顾了计算历史上的关键转折点,从早期机械计算到冯·诺依依曼体系结构的建立。重点阐述了计算机系统的多层抽象模型——从数字逻辑门到高级语言,并探讨了每一层抽象如何隐藏了下层的复杂性,同时又为上层提供了必要的服务。我们强调了“程序存储”范式的核心地位及其对软件生态系统的深远影响。 第2章:数字逻辑与数据表示 深入探究信息在计算机中是如何被编码和操作的。本章详细讨论了二进制、补码、浮点数(IEEE 754标准)的表示方法及其固有的精度和范围限制。随后,我们将这些基础概念应用于数字逻辑电路的设计,包括组合逻辑(如加法器、多路选择器)和时序逻辑(如锁存器、寄存器),为理解CPU内部的数据路径打下基础。 第3章:指令集架构(ISA)的哲学 ISA是硬件与软件之间的契约。本章的核心在于对比和分析两种主要的ISA设计哲学:复杂指令集计算机(CISC)和精简指令集计算机(RISC)。我们将详细分析指令的格式、寻址模式、操作码设计,以及如何通过指令集来平衡代码密度、指令执行速度和硬件实现的复杂性。我们深入探讨了函数调用约定、栈帧管理以及编译器如何将高级语言结构映射到特定的指令序列。 第二部分:处理器微架构 第4章:数据通路与控制单元 本部分是本书的核心。我们从单周期CPU设计开始,逐步引入流水线化概念。首先分析了实现一条指令所需的硬件资源:程序计数器(PC)、寄存器堆、算术逻辑单元(ALU)和存储器单元。随后,我们详细描述了单周期实现的局限性,特别是时钟周期必须与最慢指令的延迟相匹配的问题。 第5章:指令级并行性(ILP)与流水线技术 本章聚焦于如何提高CPU的吞吐量。我们详细剖析了五级流水线(取指、译码、执行、访存、写回)的结构,并系统地分析了流水线冒险的类型:结构冒险、数据冒险和控制冒险。针对这些冒险,本书提供了关键的解决方案,包括: 1. 数据前递/旁路(Forwarding/Bypassing):如何实时地将计算结果从后续阶段反馈到早期阶段。 2. 停顿插入(Stall Insertion):在无法前递时,如何暂停流水线。 3. 分支预测(Branch Prediction):介绍静态和动态预测技术,如一步/两步饱和计数器,以及如何处理错误的预测(分支冲刷)。 第6章:超越简单流水线:超标量与乱序执行 为了进一步榨取ILP,现代高性能处理器采用了更复杂的微架构。本章深入探讨了超标量处理器的原理,即在一个时钟周期内可以同时发射多条指令。随后,我们详细介绍了乱序执行(Out-of-Order Execution, OoOE)的核心机制,包括: 重排序缓冲(Reorder Buffer, ROB) 保留站(Reservation Stations) 基于结构的重命名(Register Renaming) 这些技术如何通过Tomasulo算法在保持程序顺序语义的同时,允许指令在资源可用时提前执行,从而隐藏延迟。 第三部分:存储器系统层次结构 第7章:存储器技术与性能瓶颈 现代计算机性能的限制往往不再是CPU本身,而是数据访问的延迟。本章系统地介绍了各种存储介质的性能特性,从寄存器、SRAM到DRAM,以及非易失性存储技术(如闪存)。我们讨论了内存访问时间、带宽和可靠性的权衡。 第8章:Cache设计与优化 Cache是连接CPU与主存的关键桥梁。本章对Cache的工作原理进行了深入的剖析,包括: 映射方式:直映、全相联和组相联的优缺点。 替换策略:LRU、FIFO以及伪LRU的实现。 写策略:写回(Write-Back)与写穿透(Write-Through)。 多级Cache结构(L1, L2, L3)的设计目标及其容量、延迟和相干性考量。 第9章:虚拟存储器与地址转换 虚拟存储器是操作系统与硬件紧密协作的典范。本章解释了虚拟地址空间如何提供隔离性和保护,以及内存管理单元(MMU)如何执行地址转换。详细阐述了页表(Page Table)的结构、多级页表以及转译后备缓冲(TLB)在加速地址查找中的关键作用。 第四部分:并行性与未来趋势 第10章:多核处理器与片上系统(SoC) 随着工艺限制的出现,并行性已成为提高性能的主导范式。本章从单核扩展到多核设计,讨论了共享缓存架构、片上互连网络(NoC)的设计挑战。重点分析了缓存一致性(Cache Coherence)问题,并详细介绍了基于目录(Directory-based)和基于监听(Snooping-based)的协议,如MESI协议及其变体。 第11章:向量处理与异构计算 为了处理数据并行性,本章探讨了向量指令集(如SIMD扩展)的设计原理和实现。最后,本书展望了计算机体系结构的未来方向,特别是异构计算的兴起——如何有效集成CPU、GPU以及专用加速器(如TPU),以及在系统级别上管理功耗和性能的挑战。 本书特色: 贯穿性案例分析: 书中大量引用当代主流处理器(如x86-64和ARM架构的最新迭代)的设计特点作为具体实例。 从抽象到实现: 结构化地引导读者从最基础的逻辑门一直推导到复杂的乱序执行单元。 面向性能的思维: 强调分析设计选择对延迟、吞吐量、功耗和面积(PPA)的影响。 通过研读本书,读者将能够不仅理解软件是如何在硬件上运行的,更重要的是,能够设计、评估和优化下一代计算系统的结构。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我对这本书的期待,其实更多的是一种“解构”的渴望。我们每天都在与各种各样的软件打交道,但对于它们是如何在硬件层面运行的,却知之甚少。RISC 架构,对我来说,一直是一个有些神秘的存在,总觉得它代表着一种高效和简洁,但我却无法触及其核心。这本书,它没有直接给我提供构建大型项目的蓝图,而是更侧重于“拆解”和“组装”的过程。我希望通过这本书,能够深入理解 RISC 指令集的设计哲学,例如它为何要遵循“Load/Store”架构,以及这种设计如何影响到数据的访问和处理。我想要弄清楚,在 RISC 架构下,编译器是如何将高级语言中的各种结构(如循环、条件判断、函数调用)翻译成一系列精简的机器指令的。这本书,它给了我一个机会,去“听”那些指令如何在 CPU 内部被“执行”,去“看”它们是如何完成数据的运算和传输的。我期望通过它,能够掌握理解和分析 RISC 汇编代码的基本方法,即使我不会直接去编写大量的汇编程序,也能对程序的执行过程有一个更清晰的认识,从而在遇到一些性能瓶颈或者难以排查的 bug 时,能有更多的思路去定位问题。它就像是为我提供了一套“工具箱”,让我能够更深入地理解计算机的“工作原理”,这种感觉非常令人兴奋。

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购买这本书,我的一个主要动机是对计算机体系结构的好奇心,特别是 RISC 这种在现代计算领域占据重要地位的架构。我之前对汇编语言的理解,大多停留在“低级”、“晦涩”的印象中,但又觉得如果想真正理解处理器是如何工作的,汇编语言是绕不开的一环。这本书,它并没有给我一套“速成”的开发技巧,而是更像是一次“探索”的旅程。我希望通过它,能够深入理解 RISC 指令集的设计原则,比如它为何采用固定长度的指令,以及其“Load/Store”架构的具体实现。我特别想弄明白,在 RISC 架构下,如何实现高效的流水线和分支预测,这些技术又是如何影响到程序的执行速度的。这本书,它给了我一个机会,去“近距离”观察那些机器指令是如何在 CPU 内部被执行的,去“感受”数据是如何在寄存器和内存之间传递的。我期望通过它,能够培养出一种“分析”的能力,即使我不经常编写汇编代码,也能在阅读一些底层的技术文档或者分析一些程序性能问题时,能有更清晰的思路和更深入的理解。它就像是为我提供了一副“显微镜”,让我能够观察到计算机“心脏”的每一次跳动。

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坦白说,这本书并没有给我提供一套“开箱即用”的开发工具,也没有直接指导我如何去构建一个完整的应用程序。它更多的是提供了一种“思维方式”的启蒙。我一直觉得,我们在学习高级语言编程时,往往会忽略掉一些非常基础但至关重要的概念,比如数据是如何在内存中存储的,指令是如何被 CPU 执行的,以及程序的执行流程是如何被控制的。这本书,它就像是带我回到了计算机科学的“根部”,让我重新审视这些最基本的问题。我希望通过它,能够深入理解 RISC 架构的精髓,比如它为何要采用精简的指令集,以及这种设计哲学是如何在性能和功耗之间取得平衡的。我渴望了解,在编写高级语言代码时,那些我们习以为常的抽象是如何在底层被实现的。例如,当我们在 C 语言中使用一个变量时,它在 RISC 汇编层面是如何被表示和操作的?函数调用又是如何实现的?分支和循环又是如何被翻译成机器指令的?这本书,它给了我一个机会,去“剥开”高级语言的“外衣”,去窥探那隐藏在底层的机器逻辑。我期望通过它,能够掌握理解和分析 RISC 汇编代码的基本方法,即使我不会直接去编写大量的汇编程序,也能对程序的执行过程有一个更清晰的认识,从而在遇到一些性能瓶颈或者难以排查的 bug 时,能有更多的思路去定位问题。它就像是为我提供了一张“地图”,让我能够更好地理解计算机内部的“运行机制”,这种感觉非常令人兴奋。

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我对这本书的期望,并非是能让我立即成为一名“汇编大师”,而是希望它能给我一种“溯源”的感觉。我们使用的高级语言,就像是在一个已经搭建好的舞台上表演,我们知道如何走位,如何念台词,但却不知道这个舞台是如何搭建的,灯光是如何控制的。RISC 汇编,在我看来,就是那舞台搭建的“蓝图”和“施工说明”。我希望能从这本书中,深入理解 RISC 指令集的设计思想,比如它为何会选择“精简”的道路,以及这种精简背后带来了哪些优势和挑战。我想要弄明白,在 RISC 架构下,数据是如何在寄存器和内存之间流动的,分支指令是如何被处理的,以及流水线技术是如何提高执行效率的。这本书,它提供了一个机会,让我能够“看见”那些抽象的计算过程在硬件层面是如何实现的。我期待通过它,能够培养出一种“底层思维”,即使我不再直接编写汇编代码,也能在理解和优化高级语言程序时,有更深的洞察力,比如如何写出更容易被编译器优化、执行效率更高的代码。它就像是给我上了一堂“计算机原理”的实践课,让我不再仅仅是使用者,而是能够对这个工具的“内在机制”有所了解。

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我当初选择这本书,很大程度上是因为我对“RISC”这个词本身就充满了好奇。在我的印象里,RISC 架构以其简洁高效著称,是许多现代高性能处理器(比如 ARM)的基础。但说实话,在没有接触过这本书之前,我对 RISC 的了解大多停留在概念层面。这本书,它并没有给我提供一套可以直接拿来解决实际问题的“秘籍”,它更像是一本“武林秘籍”的入门指导,它教我的是招式背后的原理,而不是直接的“套路”。我希望通过这本书,能够深入理解 RISC 指令集的设计哲学,例如为什么它倾向于使用更多的寄存器,为什么它的指令长度通常是固定的,以及这种设计哲学如何影响到处理器的性能和功耗。我渴望了解那些与 CISC 架构截然不同的地方,以及 RISC 架构在现代计算领域中为何能占据如此重要的地位。这本书,它给了我一个机会,去“听”那些指令在处理器内部是如何被“吟唱”的,去“看”它们是如何一步步完成数据的运算和传输的。我想要弄明白,在那些我们习以为常的高级语言特性背后, RISC 汇编是如何工作的。我想知道,函数调用是如何在汇编层面实现的,变量是如何在寄存器和内存之间进行传递的,以及编译器在将高级语言翻译成汇编语言的过程中,是如何做出各种优化决策的。虽然这本书不会让我成为一个汇编语言大师,但我希望它能让我具备一定的“阅读”和“理解”汇编代码的能力,至少在分析一些底层的性能问题时,能够有所启发。它就像是为我打开了一扇通往计算机“心脏”的窗户,让我能够一窥那跳动的节奏和精密的结构。

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我对这本书的期待,更多的是一种“触类旁通”的学习过程。我们日常使用的很多应用程序,最终都要运行在 RISC 架构的处理器上,但我们对它们底层是如何工作的,往往是一无所知。RISC 汇编,在我看来,就是连接高级语言和硬件之间的桥梁。这本书,它并没有给我一套“现成的模板”,而是更侧重于“原理”和“实践”的结合。我希望通过这本书,能够深入理解 RISC 指令集的设计哲学,比如它为何要设计成“精简”的,以及这种精简背后带来的具体优势。我想要弄明白,在 RISC 架构下,数据是如何在寄存器和内存之间进行高效移动的,以及分支和跳转指令是如何工作的,这又是如何影响到程序的执行效率的。这本书,它提供了一个机会,让我能够“拆解”一些简单的程序,去“观察”它们在汇编层面是如何工作的,去“体会”那些指令的精妙之处。我期望通过它,能够培养出一种“底层洞察力”,即使我不再直接编写汇编代码,也能在理解和优化高级语言程序时,有更深的理解,比如如何写出更符合 RISC 架构特性的代码,从而获得更好的性能。它就像是为我提供了一套“显微镜”,让我能够观察到计算机“运行机制”的细节。

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说实话,这本书的内容,它没有让我直接去写什么复杂的操作系统内核,也没有让我去设计一套全新的处理器。但它却给我了一种“见微知著”的感觉。我一直觉得,很多时候,我们学习高级语言,就像是生活在一个已经盖好的房子里,知道怎么使用厨房、怎么使用卧室,但却不知道这座房子是怎么建造起来的,地基在哪里,承重墙在哪里。而这本书,它就像是带我来到了建筑工地,虽然它不会让我去搬砖头,但它让我看到了钢筋是如何绑扎的,水泥是如何搅拌的,每一块砖是如何砌上去的。对于 RISC 汇编,我之前的感觉就是一堆晦涩的代码,好像只有少数的“大神”才看得懂。但读完这本书,我开始慢慢理解,原来那些“大神”看到的,并不是一堆无意义的符号,而是硬件指令层面的逻辑流程。我开始能够想象,当 CPU 执行一条指令时,它到底做了什么:取出指令、解码、执行、写回结果,这个过程是多么的精细。我发现,原来所谓的“精简指令集”并不是真的指令少,而是指令的设计理念更清晰,更专注于执行速度和效率。书中的一些例子,虽然看起来简单,但却能很好地解释清楚一些核心概念,比如延迟槽、分支预测的实现原理,这些东西在高级语言中是完全被抽象掉的。我感觉自己对计算机的底层运作原理有了一个更扎实的理解,这种感觉非常棒。它让我明白,我们今天使用的很多高级语言的特性,例如函数调用、变量存储,在底层汇编层面是如何实现的,这让我对编程的理解又深入了一层。虽然我不会成为一个专业的汇编程序员,但这本书至少让我有能力去理解一些别人写的汇编代码,去分析一些性能上的问题,或者是在遇到一些奇怪的bug时,能有更多的思路去排查。它给了我一种“洞察”的能力,让我看到了隐藏在代码之下的机器的“呼吸”。

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买这本书,最初的驱动力还是源于我对计算机底层运作原理的好奇心。我一直觉得,我们日常使用的各种软件,最终都是在 CPU 上运行的机器码,而汇编语言就是最接近机器码的一种语言。对于 RISC 架构,我之前只是知道它是一种“精简指令集”,但具体精简在哪里,又带来了什么好处,一直没有一个清晰的概念。这本书,它并没有像一些速成教程那样,提供一套可以直接“套用”的模板,而是更像一位耐心的老师,一点一点地讲解 RISC 汇编的内在逻辑。我希望通过它,能够深入理解 RISC 指令集的设计理念,例如其指令格式、寻址模式以及寄存器组织方式。我特别想知道,在 RISC 架构下,如何才能实现高效的指令流水线和分支预测,这些技术又对程序的性能有多大的影响。我期望这本书能让我明白,为什么 RISC 架构在移动设备和嵌入式系统等领域如此普及,以及它与 CISC 架构在实际应用中存在哪些优劣势。虽然我可能不会成为一名专业的 RISC 汇编程序员,但我希望通过这本书,能够对计算机底层有更深的理解,甚至在面对一些复杂的系统问题时,能够从汇编层面去寻找线索。它就像是为我打开了一扇新的大门,让我看到了隐藏在高级语言之下的,那台机器的“脉搏”。

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说实话,我买这本书,并不是抱着要成为一名“汇编程序员”的目标,而是想深入理解我们每天都在使用的计算机,到底是怎么“思考”的。RISC 架构,在我看来,就像是一种“高效简约”的设计哲学,但具体这种哲学是如何体现在指令集和处理器设计上的,我一直没有一个清晰的认识。这本书,它没有给我提供一套“立竿见影”的解决方案,而是更像是在“解剖”和“分析”。我希望通过这本书,能够深入理解 RISC 指令集的设计理念,比如它为何强调指令的简单性和执行速度,以及这种设计如何影响到编译器的优化策略。我想要弄明白,在 RISC 架构下,数据是如何在寄存器和内存之间进行高效管理的,以及分支指令是如何被处理的,这又是如何与性能挂钩的。这本书,它提供了一个机会,让我能够“听”那些机器指令在处理器内部是如何被“解读”和“执行”的,去“看”那些数据的流转过程。我期望通过它,能够培养出一种“底层视角”,即使我主要还是使用高级语言进行开发,也能在遇到一些性能瓶颈或者难以排查的 bug 时,能有更多的思路去定位问题。它就像是为我打开了一扇“黑箱”,让我能够一窥那机器运行的“内在逻辑”。

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这本书,老实说,我当初买它的时候,完全是抱着一种“既然要了解 RISC,那总得先从汇编开始学起吧”的朴素想法。毕竟,在很多计算机体系结构的书籍里,RISC 的介绍总是那么简略,点到为止,但真正要深入下去,感觉就像隔了一层纱。我对它最大的期望,是能像一位经验丰富的老师傅,把 RISC 那套精巧的设计,那些隐藏在指令集背后的逻辑,一点一点地掰开了揉碎了讲清楚。我渴望理解那些寄存器是如何协同工作的,分支预测的奥秘究竟在哪,流水线又如何才能达到极致的效率。我脑海里描绘的是那样一种学习体验:不再是死记硬背那些晦涩难懂的指令,而是能体会到设计者们在每一步决策背后的深思熟虑,能从代码的层面窥探到硬件的灵魂。我想知道,当一个简单的 C 语言函数被编译成 RISC 汇编时,它到底经历了怎样的“变身”,那些看似微不足道的指令,是如何组合起来完成如此复杂的任务的。这本书,我希望它能成为我打开 RISC 世界大门的一把钥匙,让我不再对那些高端的处理器设计望而却步,而是能对其背后精妙的原理产生敬畏和好奇。我想看到那些关于指令编码、寻址模式的详细讲解,希望它们能够清晰明了,而不是堆砌一堆枯燥的数字和符号。更重要的是,我期待这本书能提供一些实践的指导,让我能亲手编写一些简单的 RISC 汇编程序,通过实际操作来加深理解,而不是仅仅停留在理论的层面。毕竟,学编程,动手实践才是王道。我希望它能教会我如何调试我的汇编代码,如何去分析程序的性能瓶颈,如何在内存管理上做得更高效。这些都是我作为一名有一定编程基础的学习者,迫切想要掌握的技能。它能不能让我从一个仰望者变成一个能够真正理解并操作 RISC 架构的人,是我购买这本书时最大的考量。

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