计算机组成（第6版）

出版者:机械工业出版社

作者:Andrew S. Tanenbaum

页数:557

译者:刘卫东

出版时间:2014-8-19

价格:CNY 99.00

装帧:平装

isbn号码:9787111453802

丛书系列:计算机科学丛书

具体描述

本书采用结构化方法来介绍计算机系统，书的内容完全建立在“计算机是由层次结构组成的，每层完成规定的功能”这一概念之上。作者对本版进行了彻底的更新，以反映当今最重要的计算机技术以及计算机组成和体系结构方面的最新进展。书中详细讨论了数字逻辑层、微体系结构层、指令系统层、操作系统层和汇编语言层，并涵盖了并行体系结构的内容，而且每一章结尾都配有丰富的习题。本书适合作为计算机专业本科生计算机组成与结构课程的教材或参考书，也可供相关领域技术人员参考。

目录信息

Structured Computer Organization, Sixth Edition
出版者的话
译者序
前言
第1章　概述 1
1.1　结构化计算机组成 1
1.1.1　语言、层次和虚拟机 1
1.1.2　现代多层次计算机 3
1.1.3　多层次计算机的演化 5
1.2　计算机体系结构的里程碑 8
1.2.1　第零代——机械计算机（1642—1945） 8
1.2.2　第一代——电子管计算机（1945—1955） 10
1.2.3　第二代——晶体管计算机（1955—1965） 12
1.2.4　第三代——集成电路计算机（1965—1980） 14
1.2.5　第四代——超大规模集成电路计算机（1980年至今） 15
1.2.6　第五代——低功耗和无所不在的计算机 17
1.3　计算机家族 18
1.3.1　技术和经济推动 18
1.3.2　计算机扫视 20
1.3.3　一次性计算机 21
1.3.4　微型控制器 22
1.3.5　移动计算机和游戏计算机 23
1.3.6　个人计算机 24
1.3.7　服务器 25
1.3.8　大型主机 26
1.4　系列计算机举例 26
1.4.1　x86体系结构简介 27
1.4.2　ARM体系结构简介 31
1.4.3　AVR体系结构简介 32
1.5　公制计量单位 33
1.6　本书概览 34
习题 35
第2章　计算机系统组成 38
2.1　处理器 38
2.1.1　CPU组成 39
2.1.2　指令执行 40
2.1.3　RISC和CISC 42
2.1.4　现代计算机设计原则 43
2.1.5　指令级并行 44
2.1.6　处理器级并行 47
2.2　主存储器 50
2.2.1　存储位 50
2.2.2　内存编址 51
2.2.3　字节顺序 52
2.2.4　纠错码 53
2.2.5　高速缓存 56
2.2.6　内存封装及其类型 58
2.3　辅助存储器 59
2.3.1　层次存储结构 59
2.3.2　磁盘 60
2.3.3　IDE盘 62
2.3.4　SCSI盘 63
2.3.5　RAID盘 64
2.3.6　固盘 67
2.3.7　只读光盘 68
2.3.8　可刻光盘 71
2.3.9　可擦写光盘 73
2.3.10　DVD 73
2.3.11　Blu-Ray 74
2.4　输入/输出设备 75
2.4.1　总线 75
2.4.2　终端 78
2.4.3　鼠标 81
2.4.4　游戏控制器 83
2.4.5　打印机 84
2.4.6　电信设备 88
2.4.7　数码相机 94
2.4.8　字符编码 95
2.5　小结 99
习题 99
第3章　数字逻辑层 103
3.1　门和布尔代数 103
3.1.1　门 103
3.1.2　布尔代数 105
3.1.3　布尔函数的实现 107
3.1.4　等价电路 108
3.2　基本数字逻辑电路 110
3.2.1　集成电路 111
3.2.2　组合逻辑电路 111
3.2.3　算术电路 114
3.2.4　时钟 118
3.3　内存 119
3.3.1　锁存器 119
3.3.2　触发器 121
3.3.3　寄存器 122
3.3.4　内存组成 123
3.3.5　内存芯片 125
3.3.6　RAM和ROM 128
3.4　CPU芯片和总线 130
3.4.1　CPU芯片 130
3.4.2　计算机总线 132
3.4.3　总线宽度 134
3.4.4　总线时钟 135
3.4.5　总线仲裁 138
3.4.6　总线操作 141
3.5　CPU芯片举例 143
3.5.1　Intel Core i7 143
3.5.2　德州仪器的OMAP4430片上系统 147
3.5.3　Atmel的ATmega168微控制器 150
3.6　总线举例 152
3.6.1　PCI总线 152
3.6.2　PCI Express 159
3.6.3　通用串行总线USB 162
3.7　接口电路 165
3.7.1　输入/输出接口 165
3.7.2　地址译码 166
3.8　小结 169
习题 169
第4章　微体系结构层 173
4.1　微体系结构举例 173
4.1.1　数据通路 174
4.1.2　微指令 178
4.1.3　微指令控制：Mic-1 180
4.2　指令系统举例：IJVM 183
4.2.1　栈 183
4.2.2　IJVM内存模型 185
4.2.3　IJVM指令集 186
4.2.4　将Java编译为IJVM 189
4.3　实现举例 190
4.3.1　微指令和符号 190
4.3.2　用Mic-1实现IJVM 193
4.4　微体系结构层设计 201
4.4.1　速度与价格 202
4.4.2　缩短指令执行路径长度 203
4.4.3　带预取的设计：Mic-2 208
4.4.4　流水线设计：Mic-3 211
4.4.5　七段流水线设计：Mic-4 215
4.5　提高性能 217
4.5.1　高速缓存 218
4.5.2　分支预测 222
4.5.3　乱序执行和寄存器重命名 226
4.5.4　推测执行 230
4.6　微体系结构层举例 232
4.6.1　Core i7 CPU的微体系结构 232
4.6.2　OMAP4430 CPU的微体系结构 236
4.6.3　ATmega168微控制器的微体系结构 240
4.7　Core i7、OMAP4430和ATmega168三种CPU的比较 241
4.8　小结 242
习题 243
第5章　指令系统层 246
5.1　指令系统层概述 247
5.1.1　指令系统层的性质 247
5.1.2　存储模式 249
5.1.3　寄存器 250
5.1.4　指令 251
5.1.5　Core i7指令系统层概述 251
5.1.6　OMAP4430 ARM指令系统层概述 253
5.1.7　ATmega168 AVR指令系统层概述 255
5.2　数据类型 256
5.2.1　数值数据类型 257
5.2.2　非数值数据类型 257
5.2.3　Core i7的数据类型 258
5.2.4　OMAP4430 ARM CPU的数据类型 258
5.2.5　ATmega168 AVR CPU的数据类型 259
5.3　指令格式 259
5.3.1　指令格式设计准则 260
5.3.2　扩展操作码 261
5.3.3　Core i7指令格式 263
5.3.4　OMAP4430 ARM CPU指令格式 264
5.3.5　ATmega168 AVR指令格式 266
5.4　寻址 267
5.4.1　寻址方式 267
5.4.2　立即寻址 267
5.4.3　直接寻址 267
5.4.4　寄存器寻址 267
5.4.5　寄存器间接寻址 267
5.4.6　变址寻址 269
5.4.7　基址变址寻址 270
5.4.8　栈寻址 270
5.4.9　转移指令的寻址方式 272
5.4.10　操作码和寻址方式的关系 273
5.4.11　Core i7的寻址方式 274
5.4.12　OMAP4430 ARM CPU的寻址方式 276
5.4.13　ATmega168 AVR的寻址方式 276
5.4.14　寻址方式讨论 276
5.5　指令类型 277
5.5.1　数据移动指令 277
5.5.2　双操作数指令 278
5.5.3　单操作数指令 279
5.5.4　比较和条件转移指令 280
5.5.5　过程调用指令 281
5.5.6　循环控制指令 282
5.5.7　输入/输出指令 283
5.5.8　Core i7指令系统 285
5.5.9　OMAP4430 ARM CPU指令系统 287
5.5.10　ATmega168 AVR指令系统 289
5.5.11　指令集比较 291
5.6　控制流 291
5.6.1　顺序控制流和转移 291
5.6.2　过程 292
5.6.3　协同过程 295
5.6.4　陷阱 297
5.6.5　中断 297
5.7　详细举例：汉诺塔 300
5.7.1　Core i7汇编语言实现的汉诺塔 300
5.7.2　OMAP4430 ARM汇编语言实现的汉诺塔 302
5.8　IA-64体系结构和Itanium 2 303
5.8.1　IA-32的问题 303
5.8.2　IA-64模型：显式并行指令计算 304
5.8.3　减少内存访问 305
5.8.4　指令调度 305
5.8.5　减少条件转移：判定 307
5.8.6　推测加载 308
5.9　小结 309
习题 310
第6章　操作系统层 314
6.1　虚拟内存 314
6.1.1　内存分页 315
6.1.2　内存分页的实现 316
6.1.3　请求调页和工作集模型 319
6.1.4　页置换策略 320
6.1.5　页大小和碎片 321
6.1.6　分段 322
6.1.7　分段的实现 324
6.1.8　Core i7的虚拟内存 326
6.1.9　OMAP4430 ARM CPU的虚拟内存 329
6.1.10　虚拟内存和高速缓存 331
6.2　硬件虚拟化 331
6.3　操作系统层I/O指令 333
6.3.1　文件 333
6.3.2　操作系统层I/O指令的实现 335
6.3.3　目录管理指令 337
6.4　用于并行处理的操作系统层指令 338
6.4.1　进程创建 339
6.4.2　竞争条件 339
6.4.3　使用信号量的进程同步 342
6.5　操作系统实例 345
6.5.1　简介 345
6.5.2　虚拟内存实例 350
6.5.3　操作系统层I/O举例 352
6.5.4　进程管理实例 361
6.6　小结 365
习题 366
第7章　汇编语言层 371
7.1　汇编语言简介 371
7.1.1　什么是汇编语言 372
7.1.2　为什么使用汇编语言 372
7.1.3　汇编语言语句的格式 373
7.1.4　伪指令 374
7.2　宏 376
7.2.1　宏定义、调用和扩展 376
7.2.2　带参数的宏 377
7.2.3　高级特性 378
7.2.4　汇编器中宏处理的实现 378
7.3　汇编过程 379
7.3.1　两趟汇编的汇编器 379
7.3.2　第一趟扫描 379
7.3.3　第二趟扫描 382
7.3.4　符号表 384
7.4　链接和加载 385
7.4.1　链接器的处理过程 386
7.4.2　目标模块的结构 388
7.4.3　绑定时间和动态重定位 389
7.4.4　动态链接 390
7.5　小结 393
习题 393
第8章　并行计算机体系结构 396
8.1　片内并行 397
8.1.1　指令级并行 397
8.1.2　片内多线程 402
8.1.3　单片多处理器 406
8.2　协处理器 410
8.2.1　网络处理器 411
8.2.2　图形处理器 416
8.2.3　加密处理器 418
8.3　共享内存的多处理器 418
8.3.1　多处理器与多计算机 418
8.3.2　内存语义 424
8.3.3　UMA对称多处理器体系结构 426
8.3.4　NUMA多处理器系统 432
8.3.5　COMA多处理器系统 439
8.4　消息传递的多计算机 440
8.4.1　互联网络 441
8.4.2　MPP——大规模并行处理器 443
8.4.3　集群计算 450
8.4.4　多计算机的通信软件 454
8.4.5　调度 456
8.4.6　应用层的共享内存 457
8.4.7　性能 461
8.5　网格计算 465
8.6　小结 467
习题 468
参考文献 471
附录A　二进制数 479
附录B　浮点数 487
附录C　汇编语言程序设计 493
索引 534
· · · · · · (收起)

读后感

这本书给我最大的启发不是说它的知识讲的有多高深，有多详细。 而是本书给我带来了层次化的思想和视角，我们知道，计算机是一个很复杂的系统，要想理解这一复杂系统，是比较困难的。当年学习计算机组成原理的时候就是一头雾水。 为什么，教材把关于计算机的所有层面的知识堆在...

这本书给我最大的启发不是说它的知识讲的有多高深，有多详细。 而是本书给我带来了层次化的思想和视角，我们知道，计算机是一个很复杂的系统，要想理解这一复杂系统，是比较困难的。当年学习计算机组成原理的时候就是一头雾水。 为什么，教材把关于计算机的所有层面的知识堆在...

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用户评价

这本书的结构设计非常合理，能够很好地引导读者一步步深入理解计算机的复杂体系。我比较喜欢的是它在讲解CPU内部结构时，会先从一个简化的模型开始，逐步引入诸如中断、DMA（直接存储器访问）等更复杂的概念。它不会一上来就抛出大量的术语，而是通过层层递进的方式，让读者在掌握基础概念后，再去理解更高级的功能。例如，在讲解指令集架构（ISA）时，它会详细介绍RISC和CISC的区别，以及不同ISA的设计理念，这让我对不同处理器在设计上的取舍有了更清晰的认识。书中对流水线技术、超标量、乱序执行等现代CPU核心技术也有深入的剖析，这些内容对于理解高性能计算至关重要。它不只是告诉你这些技术是什么，更重要的是解释它们是如何工作的，以及它们如何解决处理器性能瓶颈问题。读完这部分内容，你才能真正理解为什么一些处理器性能会比另一些高出那么多。它就像是在为你“拆解”CPU，让你看到里面错综复杂的“齿轮”是如何协同工作的。

这本书在讲解存储系统方面，给我留下了深刻的印象。它不仅详细介绍了各种类型的存储器，如SRAM、DRAM、Flash Memory等，还深入剖析了它们的工作原理、性能特点和应用场景。在讲解内存层次结构时，它清晰地阐述了缓存、主存储器和辅助存储器之间的关系，以及如何通过多级存储器来平衡容量、速度和成本。我尤其喜欢它对缓存性能优化的讨论，比如缓存映射方式（直接映射、组相联、全相联）、缓存替换算法（LRU、FIFO）以及写策略（写回、写通），这些都是影响程序运行效率的关键因素。它还详细介绍了虚拟存储器的概念，包括页式存储管理、段式存储管理以及它们在内存保护和多任务操作系统中的应用。这本书让我对存储系统的设计和优化有了更全面的认识，也让我理解了为什么内存性能对整个计算机系统的表现如此重要。

这本书在知识的广度和深度上都做得相当出色。我特别欣赏它在讲解各个组成部分时，都会追溯到其历史发展和演变过程。比如，在介绍存储器时，它不仅详细阐述了DRAM、SRAM的工作原理，还回顾了磁芯存储器、穿孔卡时代的辉煌，以及NOR Flash和NAND Flash的差异与应用。这种“知其然，更知其所以然”的叙述方式，极大地增加了我对计算机硬件整体的理解深度。它让我意识到，我们今天习以为常的计算机技术，是无数科学家和工程师不断探索、改进的结晶。在细节的处理上，这本书也十分到位，比如在讲解总线时，它会详细分析不同类型总线的信号时序、仲线机制，以及如何通过总线来实现不同组件之间的高效通信。虽然这些内容对于一些只想了解大概的读者来说可能稍显复杂，但对于真正想深入研究计算机体系结构的人来说，这些细节恰恰是理解性能瓶颈和优化策略的关键。我尤其喜欢书中对性能分析和瓶颈识别的讨论，它会教你如何从硬件层面去分析程序的运行效率，比如缓存命中率、指令流水线停顿等，这对于软件开发者来说，也是一项非常重要的技能。

这本书对于我理解计算机的“大脑”——CPU——的工作原理，起到了至关重要的作用。在讲解CPU的指令集架构（ISA）时，它不仅列举了常见的指令类型，还深入分析了不同指令格式、寻址方式的特点，以及它们对处理器设计的影响。比如，它会详细对比RISC和CISC指令集的设计哲学，以及它们在性能和功耗上的权衡。我尤其欣赏它对CPU流水线技术的讲解，它如何将指令的执行过程分解成若干个阶段，从而实现指令的重叠执行，以及流水线中的冒险（如数据冒险、控制冒险）及其解决策略，例如流水线插入气泡、乱序执行等。这些内容让我对CPU的执行效率有了更直观的认识。此外，它还介绍了分支预测、指令预取等提高CPU性能的技术，这些都是现代高性能CPU的核心。这本书将CPU内部的复杂运作描绘得井井有条，让我能够理解CPU是如何通过精妙的设计来处理海量数据的。

这本书的语言风格严谨而不失亲和力，能够将深奥的计算机组成原理讲解得通俗易懂。我最喜欢它在介绍输入输出（I/O）系统时，能够如此细致地阐述各种I/O设备的接口规范、数据传输方式以及I/O控制器的设计。它详细介绍了中断机制，以及CPU如何通过中断来响应I/O事件，并解释了中断优先级和中断嵌套的概念。另外，它还详细讲解了DMA（直接存储器访问）技术，说明了DMA控制器如何允许I/O设备直接访问主内存，从而减轻CPU的负担，提高系统吞吐量。书中对网络接口卡（NIC）、图形处理器（GPU）等典型I/O设备的介绍，也让我对它们的内部工作原理有了更深的了解。它还讨论了I/O系统的性能瓶颈，以及如何通过优化I/O控制器设计、使用更快的I/O总线等方式来提升系统整体性能。这本书让我明白，一个完整的计算机系统，除了CPU和内存，高效的I/O系统同样至关重要。

这本书带给我的最大惊喜之一，就是它在讲解计算机系统时，会非常注重概念之间的联系和整体的协调性。它不会把CPU、内存、I/O等模块孤立地讲解，而是强调它们是如何通过总线、控制信号等方式紧密协作，共同完成数据处理和信息交换的。比如，在讲解CPU和内存交互时，它会详细分析CPU发出内存读取指令后，总线如何进行地址传输、数据传输，以及内存控制器如何响应。它还涵盖了不同类型的总线，例如PCIe，并解释了其在现代计算机系统中的重要作用。另外，在关于并行计算和多处理器的部分，它详细介绍了共享内存模型、消息传递模型，以及如何通过并行处理来提升计算能力。它会讨论多核处理器中的缓存一致性问题，以及如何通过同步机制来避免竞态条件。这部分内容让我认识到，现代计算机的性能提升，不仅仅是单个组件的进步，更是整个系统优化和协同的结果。这本书成功地描绘了计算机系统各个部分如何像一台精密仪器一样协同运作，让我对计算机的整体有了更全面的认识。

这本书我接触得比较久了，可以说是伴随我整个学习生涯的“老朋友”。我记得第一次翻开它的时候，还是在大学的入门课程上。当时，对计算机的认知还停留在“会用”的层面，对于它内部到底是怎么工作的，简直是一窍不通。这本书就像一位循循善诱的老师，从最基础的二进制、逻辑门开始，一步一步地搭建起我的知识框架。它没有上来就灌输复杂的概念，而是通过大量的图示和生动的比喻，将原本抽象的硬件原理变得触手可及。例如，它解释CPU的工作流程时，会把CPU比作一个辛勤的工人，拿着指令流水线，按部就班地执行任务，这种形象的描述让我立刻就理解了指令周期、流水线等概念。而且，它的语言风格也十分友好，不会使用过多生僻的术语，即使遇到不太理解的地方，仔细阅读后面的解释，也能豁然开朗。我觉得对于初学者来说，这本书的最大的优点在于它构建了一个非常扎实的理论基础，让你在后续学习更高级的计算机体系结构、操作系统原理时，能够游刃有余。它教会的不仅仅是知识点，更是一种严谨的思维方式，让你学会如何分解问题，如何理解系统运作的底层逻辑，这一点对我来说受益匪浅。

我第一次接触这本书，是因为老师在课堂上反复提及它的权威性和经典性。当时我抱着学习的态度去阅读，结果发现它真的名不虚传。这本书最让我印象深刻的是它对逻辑设计和数字电路的讲解。它从最基本的布尔代数和逻辑门电路开始，逐步深入到组合逻辑和时序逻辑的设计。书中提供的那些清晰的逻辑图和状态转移图，让我对计算机的“思考”过程有了直观的认识。比如，它如何讲解触发器、计数器、寄存器等基本存储单元，以及如何用它们构建出更复杂的电路，比如CPU中的ALU（算术逻辑单元）。这些内容虽然偏向于硬件底层，但通过书中对实际应用场景的举例，比如如何设计一个简单的加法器，如何实现一个移位寄存器，让我觉得这些理论并不是空中楼阁，而是有着非常实际的落地价值。而且，它对数据通路和控制单元的设计原理的阐述，也让我明白了CPU是如何一步步执行指令的。它不仅仅是知识的罗列，更是一种如何将抽象的指令转化为具体硬件动作的逻辑构建过程，这种能力是计算机科学的核心。

在我看来，这本书的价值不仅在于讲解了计算机的硬件组成，更在于它提供了理解现代计算机系统设计思维的钥匙。在关于存储器层次结构的章节，它深入浅出地解释了缓存、主存和磁盘之间的关系，以及如何通过缓存一致性协议来保证数据的正确性。它会详细介绍不同缓存策略，比如写回、写通，以及缓存替换算法，如LRU（最近最少使用），这些对于优化程序性能至关重要。我特别喜欢它对虚拟存储器原理的阐述，它如何将物理地址映射到逻辑地址，如何使用页表来实现内存保护和内存共享，这让我对操作系统如何管理内存有了更深刻的理解。这本书还会涉及到I/O系统的设计，包括各种I/O设备的工作原理、数据传输方式以及I/O控制器在其中的作用。它会详细介绍中断驱动I/O、DMA和内存映射I/O的区别和优劣。这些内容对于理解计算机整体性能和效率至关重要。这本书教会我如何从整体上把握计算机系统，而不仅仅是关注某个单一的组件。

这本书最让我受益匪浅的一点，在于它能够从整体的角度来审视计算机系统，并清晰地阐述了不同组件之间如何相互协作以实现高效的信息处理。在关于总线和接口的章节，它不仅介绍了不同类型的总线（如PCI、USB、SATA），还详细分析了它们的信号时序、数据传输协议以及连接方式。它解释了CPU如何通过总线与内存、I/O设备进行数据交换，以及总线仲裁、总线控制等机制在系统运作中的作用。它还深入探讨了现代计算机系统中常见的接口标准，例如PCI Express，并解释了其在连接高性能设备（如显卡、固态硬盘）方面的优势。这本书让我认识到，一个计算机系统的性能，不仅仅取决于其单个组件的性能，更在于这些组件之间如何有效地通信和协同工作。它成功地构建了一个关于计算机系统运作的宏观图景，让我能够理解从指令发出到数据处理完成的整个流程。

这本书是分层讲述计算机原理的经典书！！！

CPU微观结构和流程介绍的很详细，但对于初学者入门稍难。

光速翻完。说实在话，还不如CSAPP……

粗略地翻了一下，查阅了某些数字电路的部分，可以用作入门工具书，分为组成、数字逻辑、微体系结构、指令系统、操作系统、汇编语言、并行计算机体系几章。

更高纬度的去看计算机，而不是仅仅局限于代码层次