Computer Organization, 5th Edition, International Edition

Computer Organization, 5th Edition, International Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:McGraw-Hill
作者:Carl Hamacher
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2002
价格:0
装帧:Paperback
isbn号码:9780071226240
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机组织
  • 计算机体系结构
  • 数字逻辑
  • 汇编语言
  • 计算机硬件
  • 处理器
  • 存储器
  • 输入输出
  • 国际版
  • 第五版
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具体描述

好的,以下是一本关于计算机组织与体系结构的图书简介,内容不涉及您提到的具体教材,并力求详尽和自然: --- 《深入理解数字系统架构:从逻辑门到高性能计算》 本书简介 在信息技术飞速发展的今天,理解计算机系统底层的运作机制已成为每一位软件工程师、计算机科学家乃至技术爱好者的核心竞争力。本书旨在为读者构建一个从最基础的硬件逻辑到复杂系统级抽象的完整知识体系,帮助读者透视“黑箱”之下的运行原理,从而设计出更高效、更可靠的软件和硬件系统。 核心内容与结构 本书共分为五大部分,循序渐进地探讨了计算机系统的核心概念、设计权衡、实现细节以及性能优化策略。 第一部分:数字逻辑与基本构建块 本部分作为理解所有后续内容的基石,将详细介绍信息在计算机内部的表示与处理。我们从布尔代数和逻辑门开始,系统地构建算术逻辑单元(ALU)。读者将学习如何使用基本逻辑门(如与非门、或非门)实现加法器、减法器、乘法器等核心算术运算部件。我们还将深入探讨组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别,重点分析锁存器(Latches)和触发器(Flip-flops)的设计,以及它们如何共同构成有限状态机(FSMs)——这是控制单元和数据路径的基本要素。此外,本部分还会介绍存储单元(如寄存器堆栈)的构建方式,为理解更高级的内存层次结构做铺垫。 第二部分:指令集架构(ISA)的设计与实现 指令集架构是硬件与软件之间的契约。本部分将聚焦于 ISA 的设计原则,涵盖指令格式、寻址模式、数据类型以及操作码的选择。我们将对比分析主流的 ISA 范式,如精简指令集计算机(RISC)与复杂指令集计算机(CISC)的设计哲学和它们对后续硬件实现的影响。重点内容包括如何设计一条高效的指令集,以平衡指令密度和解码复杂度。随后,我们将详细讲解如何将这些指令转化为实际的硬件操作,介绍单周期处理器的设计,分析其局限性,并引出流水线技术的重要性。读者将掌握如何使用汇编语言来理解高级语言是如何被映射到底层机器指令的。 第三部分:处理器流水线与控制 现代高性能计算的基石在于流水线技术。本部分深入剖析了五级或更深层次的指令流水线结构,包括取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)和写回(WB)等阶段的详细工作流程。我们不仅仅停留在理想化的流水线模型,更着重讨论在实际硬件中必须面对的挑战:数据冒险(Data Hazards)和控制冒险(Control Hazards)。针对这些挑战,本书将详尽阐述解决方案,例如: 1. 数据前递/旁路(Data Forwarding/Bypassing):如何最小化等待时间。 2. 停顿/气泡插入(Stalling):何时必须暂停流水线。 3. 分支预测(Branch Prediction):介绍静态和动态预测技术,特别是使用分支目标缓冲区(BTB)和先进的预测算法,以最大程度地减少分支带来的延迟惩罚。 第四部分:存储器系统与层次结构 计算机的性能往往受限于数据访问的速度而非CPU的运算能力。本部分是对内存系统的全面考察。我们将从主存(DRAM)的工作原理入手,详细解析Cache 存储器的设计哲学。读者将学习不同类型的 Cache 映射策略(直接映射、全相联、组相联),以及写策略(写直通、写回)。关键内容包括缓存一致性(Cache Coherency)问题及其解决方案,如基于监听(Snooping)和基于目录(Directory-based)的协议。此外,我们还将探讨虚拟内存的概念,页表(Page Tables)的组织,TLB(转换后援缓冲器)的作用,以及操作系统如何利用这些硬件机制实现内存隔离和高效的地址转换。 第五部分:并行性与现代系统扩展 在摩尔定律趋缓的背景下,并行性已成为提升性能的主要驱动力。本部分将视角从单个处理器扩展到多核系统。我们将讨论不同类型的并行性,包括指令级并行(ILP)、数据级并行(DLP)和线程级并行(TLP)。重点分析超标量(Superscalar)架构、指令级乱序执行(Out-of-Order Execution)的复杂性,以及寄存器重命名等关键技术。在多处理器方面,我们将介绍共享内存多处理器(SMP)的架构,缓存一致性协议在多核环境中的扩展,以及内存一致性模型(如顺序一致性、释放一致性)对程序设计的影响。最后,本书将简要概述向量处理器和GPU的架构特点,展示如何利用大规模并行计算来解决特定领域的复杂问题。 本书特色 本书强调理论与实践的紧密结合。每章末尾都附有深入的分析案例和设计练习,部分章节结合了现代处理器(如ARM或x86架构的关键特性)的具体实现细节,帮助读者将抽象的概念具象化。本书的语言力求严谨而清晰,避免不必要的术语堆砌,旨在培养读者从底层硬件思维出发,解决上层软件挑战的综合能力。无论您是为嵌入式系统设计打基础,还是准备进入高性能计算领域,本书都将是您不可或缺的参考指南。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计简直是个灾难,色彩搭配俗气得让人不忍直视,感觉像是二十年前的产品手册。我本来对“计算机组成”这个主题抱有很高的期待,毕竟这是理解现代计算基石的关键。然而,当我翻开第一章时,那种失望感便如潮水般涌来。作者对底层硬件抽象层次的处理显得异常生硬,似乎是在照本宣科,缺乏对概念背后“为什么”的深入探讨。比如讲到存储器的层次结构时,描述性的文字堆砌过多,却未能清晰地勾勒出不同级别存储在实际应用中性能权衡的复杂性。读完几章后,我感觉自己像是被塞进了一个信息黑洞,接收了大量信息,却没能构建起一个连贯、可操作的知识框架。这本书更像是一本厚重的、缺乏灵魂的参考词典,而不是一本能够引导读者深入理解计算机科学核心原理的教科书。尤其是在涉及现代多核架构和并行处理概念时,内容显得滞后且肤浅,完全没有跟上行业发展的步伐。对于一个真正想弄明白CPU是如何运作的学生来说,这本书提供的视角太过陈旧和扁平。

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我发现作者在对最新技术趋势的把握上显得力不从心,尤其是在涉及存储器技术和总线架构的更新换代方面。书中的描述仍停留在多年前的主流配置,对于现代处理器中日益重要的缓存一致性协议、非一致性内存模型(NUMA)等关键议题,讨论得非常保守和不充分。这导致我用这本书作为参考时,总感觉自己掌握的是一个“历史版本”的计算机结构知识。举个例子,关于指令集架构(ISA)的演进,书中的对比分析显得陈旧,未能充分展现RISC-V等新型架构带来的范式转变。对于正在学习这门课程的学生而言,他们需要的是面向未来的视角,而不是对过去技术的简单罗列。这种内容的滞后性,极大地削弱了这本书作为前沿学习资料的价值,它更像是一份为博物馆准备的说明文。

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从语言表达的角度来看,全书充斥着僵硬、晦涩的学术腔调,使得原本就抽象的计算机组成概念更加难以消化。句子结构冗长且充满了被动语态,读起来非常累心,每读完一页都需要花费额外的精力去“解码”作者的真实意图。作者似乎更关注于使用最复杂的术语来展示自己的学术深度,而不是致力于将复杂的概念以清晰、直白的方式传达给不同背景的学生。例如,在解释数据通路设计时,频繁跳跃的术语定义和缺乏上下文的解释,使得初学者很容易在迷雾中迷失方向。我不得不频繁地停下来,查阅脚注和术语表,而这些解释本身也往往不如人意。这本书的阅读体验,与其说是在学习,不如说是在进行一场艰苦的文字耐力挑战赛。它严重缺乏那种能让人恍然大悟的“啊哈!”时刻,而是充满了让人皱眉的“这是什么?”时刻。

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这本书的章节组织逻辑简直像是随机散落的知识点集合,毫无章法可言。我花了大量时间试图将分散在不同地方的概念串联起来,但收效甚微。例如,关于I/O系统和中断处理的讨论,被分割在相隔甚远的两部分,这使得读者在初次接触时难以形成整体印象。一个优秀的教材应当是层层递进、水到渠成的,然而这本书却像是在强迫读者进行“知识考古”。更令人恼火的是,书中的图表质量低劣,很多流程图和架构示意图模糊不清,线条交错复杂,根本无法起到辅助理解的作用。我不得不频繁地暂停阅读,转而去搜索网络上的高质量资源来弥补书中图示的不足。这种体验极大地损害了阅读的流畅性,让人不禁怀疑编辑团队是否进行过基本的质量把控。对于旨在教授系统化思维的学科来说,这种结构上的混乱是不可原谅的失误。它不是在传授知识,而是在制造阅读障碍。

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这本教材的习题部分,我简直不敢恭维。它们要么是过于简单、只需套用公式就能得出答案的机械式练习,要么就是完全脱离实际应用场景的晦涩理论推导,缺乏任何能够激发批判性思维的挑战。一个好的学习过程需要理论与实践的紧密结合,这本书提供的“实践”环节,仅仅是让读者重复书本上的例证,没有引导他们去探索真实硬件环境中的限制和优化。我尝试用书中的理论去分析一些常见的系统瓶颈问题,结果发现书本提供的工具箱里根本找不到合适的分析工具或思考框架。这就像是提供了一本烹饪书,里面全是基础的切菜方法,却没有任何关于如何根据不同食材调整火候的经验分享。对于希望未来从事嵌入式开发或高性能计算领域的读者来说,这种浅尝辄止的练习是远远不够的,它培养的只会是“操作员”,而非“架构师”。

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