计算机组成考研指导

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页数:316
译者:
出版时间:2009-6
价格:36.00元
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isbn号码:9787111271178
丛书系列:
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  • 计算机组成原理
  • 考研
  • 计算机体系结构
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具体描述

《计算机组成考研指导》介绍了计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念。全书共分为八章,第1章介绍计算机的基本组成、发展和性能指标;第2章介绍计算机中数据的表示方法和最基本的运算设备——加法器;第3章介绍指令系统,主要包括指令类型、常见的寻址方式和指令格式;第4章介绍CPU设计,包含硬布线设计和微程序设计两种方法;第5章分别介绍定点数和浮点数的加、减、乘、除等运算的方法及其实现;第6章介绍存储器的分类、工作原理、组成方式以及与其他部件的联系;第7章介绍总线的基本概念及其组成、控制逻辑和标准;第8章介绍I/O系统,重点分析I/O与主机交换信息的四种方式。

计算机体系结构:从基础概念到前沿技术 本书导读 在信息技术的飞速发展浪潮中,计算机体系结构作为支撑一切计算活动的核心基石,其重要性不言而喻。本书旨在为读者构建一个全面、深入且具有前瞻性的计算机体系结构知识体系,从最基本的概念出发,逐步深入到复杂的现代处理器设计、存储层次结构以及并行计算模型。我们力求通过严谨的逻辑组织、清晰的阐述和丰富的案例分析,帮助读者不仅理解“计算机如何工作”,更能掌握“如何设计出更高效、更强大的计算机系统”。 第一部分:基础篇——体系结构的核心要素 本部分着重于奠定坚实的理论基础,确保读者对计算机系统的基本构成和工作原理有透彻的理解。 第一章:引言与历史演进 我们将从对计算机体系结构(Computer Architecture)与计算机组织(Computer Organization)的精确定义开始,明确两者在设计和实现层面的区别与联系。随后,回顾计算机技术从冯·诺依曼结构到现代多核并行处理器的发展历程。重点分析几个关键的历史里程碑,如指令集架构(ISA)的标准化、缓存的引入以及流水线的首次应用,理解这些演进如何驱动了性能的提升。 第二章:指令集架构(ISA):软件与硬件的契约 ISA是硬件与软件之间的桥梁。本章将深入探讨指令集设计的核心原则,包括指令的格式、寻址模式(如立即数寻址、寄存器间接寻址等)的设计选择。我们将对比精简指令集计算机(RISC)和复杂指令集计算机(CISC)的设计哲学及其优劣,并分析现代处理器如何融合两者的优点。此外,对数据类型、操作码编码的细节进行剖析,为后续的微架构设计做准备。 第三章:数据通路与控制单元 本章聚焦于处理器内部的数据流转。我们将详细讲解单周期CPU的数据通路设计,分析其在性能上的局限性。随后,引入硬件控制的实现方式——硬布线逻辑与微程序控制,比较它们在灵活性和速度上的差异。针对复杂指令的处理,将阐述如何通过组合逻辑和状态机来实现指令的精确执行。 第二部分:性能优化——流水线与存储层次 现代处理器性能的飞跃主要依赖于指令级并行(ILP)和高效的存储访问。本部分将系统地介绍这些关键技术。 第四章:指令级并行(ILP)与流水线技术 流水线是提高处理器吞吐量的基础。本章将详细介绍五级经典流水线的结构,并深入探讨结构冒险、数据冒险和控制冒险的识别与解决策略,包括暂停(Stall)、转发(Forwarding/Bypassing)机制的实现。在此基础上,我们将探讨超标量(Superscalar)处理器的设计理念,如何通过多个并行执行单元增加IPC(Instructions Per Cycle)。 第五章:动态调度与分支预测 为了进一步挖掘ILP,处理器必须能够动态地重排指令。本章将聚焦于动态调度技术,如基于记分牌(Scoreboarding)和动态重排序缓冲(Reorder Buffer, ROB)的实现。特别强调Tomasulo算法在乱序执行中的核心作用。同时,由于分支指令对流水线的破坏性影响,我们将用大量篇幅讨论分支预测技术,从静态预测到复杂的两级反馈式预测器、GShare等先进算法,及其对分支目标缓冲器(BTB)的依赖。 第六章:存储器系统:延迟与带宽的挑战 存储器访问延迟是现代计算机性能的瓶颈。本章将系统梳理存储器层次结构:寄存器、多级高速缓存(L1, L2, L3)、主存(DRAM)和辅助存储。重点剖析缓存的工作原理,包括地址映射方式(直映、全相联、组相联)、写策略(写回、直写)和替换策略(LRU、LFU)。通过深入分析缓存的局部性原理(时间与空间),解释为什么缓存能有效提高程序运行速度。 第七章:虚拟存储器与内存管理 虚拟存储器是操作系统与硬件紧密协作的典范。本章讲解地址转换过程,从虚拟地址到物理地址的映射机制,包括页表结构(单级、多级页表)和TLB(Translation Lookaside Buffer)的工作方式。我们将分析TLB的性能影响,并探讨缺页中断的处理流程,理解操作系统如何通过虚拟内存为进程提供隔离和保护。 第三部分:多核与并行计算 随着摩尔定律的推进,扩展并行性已成为主流。本部分探讨如何将计算能力扩展到多个处理器核心。 第八章:并行处理基础与多核架构 本章介绍并行处理的分类,如Flynn分类法。重点分析对称多处理器(SMP)系统的架构,包括共享总线和交叉开关互连网络。深入探讨多核处理器(CMP)的设计挑战,特别是片上通信(NoC)的初步概念。 第九章:缓存一致性与同步机制 在多核系统中,多个处理器共享主存和私有缓存,必须保证数据一致性。本章将详尽介绍缓存一致性协议,如Snoopy 协议(如MESI协议及其变种)。我们会分析这些协议如何通过监听总线消息来维护缓存块的状态,并讨论在非对称缓存架构下同步原语(如锁、信号量)的硬件实现。 第十章:向量处理与GPU架构概述 向量处理器通过单条指令操作一组数据(SIMD),是并行计算的早期形式。本章分析SIMD操作的原理及其在现代CPU扩展指令集(如SSE, AVX)中的应用。最后,引入图形处理器(GPU)的体系结构,分析其大规模并行性(SIMT模型),以及其与传统CPU在设计哲学上的根本区别,为理解异构计算打下基础。 本书特色 系统性与深度并重: 覆盖了从ISA到现代微架构、从单核优化到多核一致性的全景知识。 注重原理与实践结合: 理论分析结合具体硬件实现(如MIPS、ARM或x86的典型实现案例)。 面向设计思维: 鼓励读者思考不同设计选择背后的权衡(性能、功耗、面积)。 通过对本书内容的系统学习,读者将能够深刻理解现代高性能计算机系统的内在工作机制,为未来在硬件设计、系统软件优化或计算机科学研究领域的发展奠定坚实的基础。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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说实话,我对市面上大多数考研辅导材料都抱有一种“塑料友情”的态度——读起来很舒服,但实战效果往往不尽如人意。但这本《计算机组成考研指导》给我的感觉完全不同,它更像是一位严厉的陪练。它并没有一味地迎合读者,反而直面了这门学科的硬骨头——**并发行存储器和DMA控制**。书中的例题设计得非常巧妙,很多陷阱设置得极其隐蔽,如果你只是死记硬背概念,几乎必然会掉进去。我花了好大力气才攻克了其中关于多总线仲裁机制的几道综合大题,解析部分不仅仅是给出正确答案,而是详细地推演了每一步逻辑判断的依据,甚至连时间片轮转的边界条件都考虑得清清楚楚。这种近乎“吹毛求疵”的严谨,恰恰是考研这种高强度选拔性考试所需要的。它迫使我不再满足于“知道是什么”,而是深入到“为什么是这样”的层面去思考,这对于我后续复习其他专业课也产生了积极的溢出效应。如果说有什么不足,或许是某些章节对初学者来说逻辑跳跃性稍大,但对于已经有一定基础的二战或高分目标考生而言,这种高密度信息流反而是高效的保障。

评分☆☆☆☆☆

我是一位文科背景转考计算机的“跨考党”,计算机组成原理对我来说,就像是面对一座用外星文字写成的堡垒,完全不知道从何处下手。市面上大多数教材和辅导书都假设读者已经具备了扎实的数字逻辑基础,读起来简直是云里雾里。然而,这本《计算机组成考研指导》在开篇部分处理得非常人性化。它特地用了一章的篇幅,用非常通俗的语言,重新梳理了**二进制、逻辑运算以及补码运算**这些最基础但又至关重要的概念,甚至还配上了生活中的小例子来辅助理解。这种“溯本求源”的做法,极大地缓解了我初期的焦虑感。当我顺利理解了数据表示和运算这块内容后,再去看CPU的结构和指令系统的章节时,那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。这本书没有高高在上地指点江山,而是耐心地牵着你的手,一步步走过最泥泞的沼泽地。它成功地建立起了从硬件到软件的思维桥梁,让我这个门外汉看到了上岸的希望,这比任何华丽的辞藻都更有说服力。

评分☆☆☆☆☆

我对这本《计算机组成考研指导》的整体评价是非常高的,但如果一定要挑出它最让我感到“物超所值”的部分,那一定是关于**计算机性能评价体系**的章节。很多书只是简单地介绍MIPS、FLOPS等指标,然后就草草收场。但这本书却用整整一个单元,详细对比了不同体系结构下(如SIMD、多核架构)如何科学地、无偏见地衡量性能,特别是对**Amdahl定律和Gustafson定律**的应用场景和局限性进行了深入的辨析。解析部分还特别强调了在分析性能问题时,必须结合具体的应用负载和指令特性来选择合适的评价标准,这体现了作者深厚的学术功底和丰富的实战经验。阅读这一部分时,我感觉自己仿佛在参加一场高水平的学术研讨会,而不是在准备应试。它提升的不仅仅是我的应试技巧,更是我对计算机系统设计哲学层面的理解深度。这本书无疑为我攻克这个核心科目打下了坚实的基础,是非常值得推荐的备考利器。

评分☆☆☆☆☆

这本《计算机组成考研指导》的封面设计得非常有科技感,深沉的蓝色调配上跳跃的绿色电路图纹理,一下子就抓住了我的眼球。我一开始对“考研指导”这几个字是持保留态度的,总觉得这类书籍往往是把教材内容简单地罗列一遍,缺乏深入的剖析和应试技巧的指导。然而,当我翻开目录时,惊喜地发现它对各个核心模块的划分异常清晰,不仅仅是停留在理论层面,还穿插了大量的历年真题分析和高频考点总结。特别是对**流水线技术和存储系统层次结构**的讲解,作者似乎花了大心思,用非常生动的比喻和图示,将那些晦涩难懂的Cache映射机制、虚拟内存置换算法讲解得犹如庖丁解牛般透彻。我尤其欣赏它对不同高校出题风格差异的细微捕捉,比如A校偏爱对指令集架构的深入理解,而B校则更侧重于对性能分析公式的灵活运用。这本书就像一位经验丰富、脾气温和的导师,不仅教会你知识,更重要的是告诉你“考试喜欢你怎么思考”。对于我这种基础尚可,但急需提高应试效率的考生来说,它无疑是一盏指路明灯,让我少走了很多弯路,极大地增强了备考的信心。

评分☆☆☆☆☆

在我看来,一本优秀的考研指导书,其价值不亚于一套精密的仪器。这本《计算机组成考研指导》最让我称赞的一点,是对**存储器I/O接口技术**的讲解深度和广度。它不仅仅罗列了各种接口标准(如PCIe、SATA),更重要的是,它系统性地分析了这些标准在不同年代的考研试题中的侧重点变化。我发现,近五年关于**总线事务的调度和冲突解决**的题目,其考察角度已经从简单的时序图描述,转向了对事务并发控制策略的分析。这本书精准地捕捉到了这一趋势,并提供了几个针对性的模拟题,其复杂度甚至略高于部分院校的真题难度。另外,书中对“自顶向下”的讲解思路非常符合现代计算机系统的实际工作流程,它先宏观地描绘了整个系统的架构蓝图,然后再深入到各个子系统的微观实现细节,这让知识点之间的内在联系变得十分清晰,避免了知识点的碎片化。这本书绝对不是那种“背了就能得分”的速成秘籍,而是一部需要投入精力去深入理解和消化的深度学习资料。

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