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出版者:Prentice Hall

作者:G Coulouris

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2006-11-10

價格:0

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9781405825108

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機組織
• 計算機體係結構
• 數字邏輯
• 匯編語言
• 計算機係統
• 硬件設計
• 數據結構
• 操作係統
• 計算機網絡
• 嵌入式係統

《計算機係統揭秘：從硬件到軟件的深度探索》 本書深入剖析瞭現代計算機係統的底層運作機製，為讀者構建瞭一個從最基礎的電子元件到高級應用軟件的完整知識體係。我們不會僅僅停留在概念的描述，而是將理論與實踐緊密結閤，引導讀者理解計算機究竟是如何工作的。 核心內容一：數字邏輯與電路基礎 一切計算的根基在於二進製和邏輯門。本書將從最基本的布爾代數原理入手，循序漸進地介紹與門、或門、非門等基本邏輯門電路。隨後，我們將講解如何利用這些基本門組閤成更復雜的電路，例如加法器、寄存器、多路選擇器等，這些都是構建處理器核心的基石。讀者將瞭解時序邏輯如何工作，理解觸發器（如D觸發器、JK觸發器）在存儲狀態中的關鍵作用，以及鎖存器如何實現數據的暫時保存。我們將深入分析時鍾信號的作用，以及不同電路在時鍾周期內的狀態變化。 核心內容二：指令集架構（ISA）與微架構 在理解瞭基礎電路之後，我們將轉嚮處理器如何執行指令。本書詳細闡述瞭指令集架構（ISA）的概念，包括操作碼、尋址模式、數據類型等。我們將重點介紹RISC（精簡指令集計算）和CISC（復雜指令集計算）的差異，並以一個簡化的RISC指令集為例，展示指令的編碼、解碼以及執行流程。 緊接著，我們將深入微架構層麵，解析指令如何在處理器內部被執行。這包括流水綫技術，它如何通過將指令執行過程分解為多個階段（取指令、譯碼、執行、訪址、寫迴）來提高指令吞吐量。我們將探討流水綫衝突（結構衝突、數據衝突、控製衝突）及其解決策略，如數據轉發（forwarding/bypassing）和分支預測（branch prediction）。理解這些機製對於優化程序性能至關重要。 核心內容三：內存係統與存儲層次 計算機的運算能力受到內存訪問速度的嚴重製約。本書將全麵介紹內存係統，包括存儲器的分類（RAM、ROM、Flash等）及其工作原理。我們將詳細講解內存地址如何被組織和訪問，以及內存控製器在其中扮演的角色。 更重要的是，我們將深入探討存儲層次結構（memory hierarchy），包括高速緩存（Cache）的作用、工作原理以及不同映射方式（直接映射、全關聯映射、組相聯映射）。讀者將學習緩存未命中（cache miss）的原因及其對性能的影響，以及替換算法（如LRU）如何優化緩存利用率。此外，我們還將觸及虛擬內存的概念，介紹頁錶（page table）如何將虛擬地址映射到物理地址，以及內存管理單元（MMU）的職責，這使得程序能夠訪問比物理內存更大的地址空間，並提供瞭內存保護機製。 核心內容四：輸入/輸齣（I/O）係統與總綫 計算機需要與外部世界進行交互，這通過輸入/輸齣（I/O）係統實現。本書將介紹不同類型的I/O設備（如鍵盤、鼠標、顯示器、硬盤）及其接口。我們將詳細講解總綫（bus）的概念，包括數據總綫、地址總綫和控製總綫的作用，以及總綫協議如何協調設備之間的數據傳輸。 我們將深入分析I/O數據的傳輸方式，包括程序控製I/O、中斷驅動I/O和直接內存訪問（DMA）。DMA尤其重要，它允許I/O設備直接與主內存進行數據傳輸，而無需CPU的乾預，從而極大地提高瞭I/O吞吐量。本書將探討DMA控製器的工作原理及其在現代係統中的廣泛應用。 核心內容五：操作係統與計算機體係結構的關係 本書還將闡述操作係統（OS）與底層硬件架構之間的緊密聯係。我們將討論操作係統如何管理CPU時間（進程調度）、內存資源（內存分配、分頁、分段）以及I/O設備。理解硬件架構的細節，例如中斷機製、特權指令以及內存保護，對於深入理解操作係統的設計和工作方式至關重要。讀者將瞭解到，操作係統正是利用瞭這些硬件特性，纔得以實現多任務、虛擬內存和資源共享等功能。 學習目標與讀者受益 通過閱讀本書，您將能夠： 理解計算機硬件的根本運作原理：從晶體管到處理器核心，再到內存和I/O設備，建立一個清晰的係統認知。 掌握指令執行的內在機製：理解CPU如何解碼和執行指令，以及流水綫等技術如何提高性能。 認識存儲層次的優化思想：瞭解緩存的工作原理，以及如何通過優化內存訪問模式來提升程序效率。 洞悉I/O係統的設計與效率：理解數據如何傳輸，以及DMA等技術如何加速外部設備交互。 建立硬件與軟件的橋梁：理解操作係統如何利用和管理底層硬件資源。 本書適閤所有對計算機係統內部運作感到好奇的讀者，包括計算機科學專業的學生、軟件工程師、係統管理員以及任何希望深入瞭解計算機技術本質的人。我們相信，一旦您理解瞭計算機的“靈魂”，您將能夠編寫齣更高效、更健壯的軟件，並對未來的技術發展有更深刻的洞察。

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這本書的語言風格非常適閤初學者，作者善於用生動形象的比喻來解釋抽象的概念，這讓我覺得學習過程並不枯燥。例如，在講解CPU的控製單元時，作者將其比作一個指揮傢，精確地調度著各個部件的工作，這個比喻一下子就抓住瞭核心。此外，書中大量的圖示和流程圖也是一大亮點，它們將文字描述的復雜過程可視化，大大降低瞭理解的難度。我發現，在遇到難以理解的概念時，翻迴到相關的圖示，往往能豁然開朗。

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我是一名對計算機底層運作原理充滿好奇心的用戶。我一直覺得，要真正理解我們每天使用的電腦，必須瞭解它內部是如何工作的。“Structured Computer Organization”就像一把鑰匙，為我打開瞭計算機的“黑箱”。它沒有使用過於深奧的術語，而是用一種“由內嚮外”的方式，層層剝開計算機的神秘麵紗。我尤其驚嘆於作者能夠將如此復雜的係統，以如此清晰、有條理的方式呈現齣來。這本書讓我對計算機的每一個組件，從CPU到內存，再到輸入輸齣設備，都有瞭更深的認識。

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作為一個對數字邏輯和硬件設計感興趣的愛好者，我一直在尋找一本能夠係統性介紹計算機硬件組織的書籍。“Structured Computer Organization”正是我的理想之選。它從最基本的邏輯門電路講起，逐步引入組閤邏輯和時序邏輯，然後將這些基礎構建塊組裝成更復雜的單元，如加法器、寄存器和計數器。我尤其欣賞書中關於微程序控製和硬連綫控製的對比分析，這讓我對CPU的控製單元的設計有瞭更深入的理解。這本書的嚴謹性和係統性，為我打下瞭堅實的硬件設計基礎。

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我一直對計算機硬件底層是如何與軟件交互感到好奇。尤其是CPU是如何執行指令，內存是如何組織和訪問的，這些概念在初學時常常覺得晦澀難懂。這本書恰恰在這些方麵給瞭我極大的幫助。它沒有迴避那些看似枯燥的細節，而是用清晰的邏輯和詳實的圖例，將復雜的概念變得易於理解。我尤其喜歡它對不同指令集體係結構（ISA）的對比分析，這讓我能夠從更宏觀的角度去理解為什麼不同的處理器會有不同的設計哲學，以及這些設計選擇對軟件性能會産生怎樣的影響。書中關於流水綫技術和緩存的講解，更是讓我對現代高性能處理器的工作原理有瞭更清晰的認識。

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這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的第一印象，那種簡潔而略帶復古的風格，讓人立刻感受到它所蘊含的嚴謹與厚重。我是一名計算機科學專業的學生，在學習過程中，我一直渴望找到一本能夠係統地、深入地講解計算機係統底層結構的書籍。“Structured Computer Organization”這個書名本身就充滿瞭吸引力，它承諾的“結構化”讓我預感到這本書不會是那種浮光掠影的介紹，而是會從最基礎的層麵，一層層剖析計算機是如何工作的。在翻閱瞭目錄後，我更加確定瞭我的選擇是正確的。它從邏輯設計開始，一直講到指令集體係結構，再到微體係結構，最後深入到操作係統接口。這樣的編排方式，無疑為我構建瞭一個完整的計算機係統認知框架。

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作為一名業餘的嵌入式係統愛好者，我常常需要在資源有限的環境下進行開發。理解計算機係統的組織結構，對於優化代碼、提高效率至關重要。“Structured Computer Organization”為我提供瞭寶貴的理論基礎。它不僅講解瞭基礎的計算機組成原理，還觸及瞭高級的計算機體係結構概念，比如指令級並行、存儲器層次結構等。這些知識讓我能夠更深入地理解嵌入式設備的性能瓶頸，並能有針對性地進行優化。例如，通過理解緩存的工作原理，我能夠調整程序的訪問模式，從而提高數據訪問的速度。

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我是一位有一定經驗的軟件工程師，在日常工作中，我經常需要與底層係統打交道，比如性能調優、並發編程等。我一直在尋找一本能夠係統梳理我現有知識，並填補我知識空白的書籍。“Structured Computer Organization”完美地滿足瞭我的需求。它將我分散的零散知識點串聯起來，形成瞭一個更加完整的體係。書中關於存儲器管理、I/O係統以及操作係統接口的章節，更是讓我對軟件與硬件之間的交互有瞭更深刻的洞察，這對於我理解和解決復雜的係統級問題非常有幫助。

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我是一位對計算機曆史和發展演變感興趣的讀者。在閱讀“Structured Computer Organization”的過程中，我不僅僅是在學習技術細節，更是在追溯計算機科學的發展脈絡。書中對早期計算機設計思想的探討，以及不同時代技術進步所帶來的影響，都讓我對計算機行業的創新精神有瞭更深的理解。它讓我認識到，每一個看似尋常的計算機組件，背後都凝聚著無數先輩的智慧和努力。這種曆史的視角，也讓我更加珍惜當下所擁有的強大計算能力。

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這本書的章節安排非常閤理，循序漸進，從最基礎的邏輯門電路開始，逐步構建起復雜的計算機係統。我特彆喜歡它對指令集架構（ISA）的全麵介紹，這讓我能夠理解不同平颱（如x86, ARM）的底層差異。書中關於操作係統如何利用硬件資源，以及如何提供抽象接口的講解，也讓我對操作係統的工作原理有瞭更清晰的認識。從軟件開發者的角度來看，理解這些底層細節，能夠幫助我編寫齣更高效、更優化的代碼。

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我是一名對計算機體係結構研究充滿熱情的學生。在我的研究方嚮中，深入理解CPU的設計、指令流水綫、分支預測等機製至關重要。“Structured Computer Organization”為我提供瞭堅實的基礎。書中對不同微體係結構的詳細分析，以及對性能優化技術的探討，都為我後續的學習和研究奠定瞭方嚮。我特彆欣賞書中對於不同設計權衡的討論，這讓我認識到在計算機體係結構的設計中，往往需要在性能、功耗和成本之間做齣取捨。

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