计算机组成与结构

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出版者: 作者:徐福培 出品人: 页数:291 译者: 出版时间:2013-1 价格:35.00元 装帧: isbn号码:9787121190193 丛书系列:
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  • 计算机科学
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  • 存储系统
  • CPU
  • 输入输出
  • 流水线
  • 并行处理
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具体描述

《计算机组成与结构(第3版高等学校规划教材)》(作者徐福培)是普通高等教育“十一五”国家级规划教材和南京大学优秀教学成果。全书系统介绍计算机的组成和系统结构的基本概念、工作原理、设计方法和当前的新技术与发展趋势。第1,2章为基础部分,介绍计算机的基本构成、数据的表示方法:第3~9章详细介绍运算器、存储器、控制器、输入和输出等各部件的构成、功能及相关算法;第10章介绍计算机硬件技术的发展。本书内容简明精炼,实例丰富,原理讲解透彻,各章配有习题,并为任课教师免费提供电子课件。

《计算机组成与结构(第3版高等学校规划教材)》可作为高等学校计算机科学与技术、软件工程、网络工程、物联网、信息安全、信息与计算科学等专业本科生教材,也可作为计算机技术人员的参考书。

《计算机体系结构与设计》是一部深入剖析现代计算机系统运行核心机制的专业著作,聚焦于数据处理过程、指令执行流程及硬件协同工作原理,旨在为读者构建完整的体系认知框架。全书由多个章节串联,从基础概念出发,逐步深入内存访问机制、处理器架构、数据总线传输、寄存器设计、流水线技术等关键模块,详尽描绘计算机从指令获取至算术运算、数据移动的完整生命周期。 第一章以“指令周期”为切入点,系统阐释CPU执行程序时的各个阶段——取指、解码、执行、访存与写回,每一步均辅以流程图与时间轴示意,揭示指令流转背后的逻辑节奏。随后对内存组织进行细致剖析,包括虚拟内存机制、缓存层级设计(L1、L2、L3)、多级缓存的替换策略,说明如何通过高效内存管理提升系统性能,这一部分尤其注重理论与工程实践的结合,使读者理解缓存优化对整体效率的决定性影响。 处理器内部结构是全书核心之一。第二部分深入讲解算术逻辑单元(ALU)、控制单元的功能分工,剖析指令调度、数据运算及状态更新机制;第三章详细介绍寄存器文件的组织与访问规律,阐释通用寄存器、专用寄存器在指令执行中的关键作用,以及寄存器重命名、写回策略对并行计算能力的支撑。 流水线技术作为提升处理效能的核心手段,第四部分详细解析流水线结构、数据竞争与危险处理机制,包括流取、插入、同步策略及分支预测技术;第五章则聚焦现代多核系统架构,讨论共享缓存、互斥机制、任务调度策略,剖析多处理器环境下的性能优化路径。 全书配有大量工程实例与典型案例,如RISC/VISA体系结构比较、超标度流水线设计原理、内存一致性模型等,将抽象理论与实际系统紧密结合。作者以清晰的逻辑编排,避免繁琐数学推导,注重概念解释与实际应用相融合,使读者在理解复杂体系结构的同时,掌握其工程价值与发展趋势。 技术术语精准,图表辅助充分,内容涵盖从早期单片式计算机到现代异构计算架构的演进脉络,对计算机组成与运行机制有系统、全面且不失实用性的解读,成为深入学习体系设计的重要参考。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我关注的焦点一直在于系统软件与硬件的接口层,尤其是操作系统如何高效地与底层硬件进行交互。这本书在这方面展现了惊人的洞察力。关于I/O子系统的那几章内容,堪称经典。它详尽地描述了从中断驱动到DMA(直接内存访问),再到现代的基于消息传递的I/O虚拟化技术(如SR-IOV)的演进历程。作者没有将这些技术割裂开来讲述,而是清晰地勾勒出了一条性能优化的时间线,让读者明白每一次技术革新背后的驱动力——无非是为了减少CPU的介入和提高数据传输的带宽。尤其值得称赞的是,书中对虚拟化环境中I/O性能损耗的分析,它详细对比了全虚拟化、半虚拟化和硬件辅助虚拟化(如Intel VT-d)在设备共享和中断处理上的效率差异,并提供了量化的性能指标作为支撑。这种深入到系统调用层面和硬件寄存器层面的细致描述,对于那些需要进行Hypervisor开发或深度系统调优的专业人士来说,是极其宝贵的实战经验总结,绝非纸上谈兵。

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这本书的装帧设计实在太用心了,封面那深邃的蓝色调,配上简洁的白色字体,一下子就抓住了我的眼球。拿到手里沉甸甸的感觉,就知道里面的内容绝对是下了真功夫的。我本来以为这类技术书籍都会走那种枯燥乏味的路线,没想到翻开内页后,排版居然如此清晰流畅,图文并茂的部分处理得恰到好处,那些复杂的逻辑结构图和硬件原理示意图,用彩色标注出来,即便是初次接触这些概念的人,也能很快抓住重点。特别是那个关于存储器层级结构的插图,简直是教科书级别的展示,把不同速度和容量的存储介质之间的关系,通过一个生动的比喻串联起来,让人过目不忘。作者在行文上的把握也十分到位,理论讲解深入浅出,既有扎实的学术根基,又充满了对实际应用的洞察力。我特别欣赏其中对于不同指令集架构(ISA)的对比分析,那种细致入微的剖析,让我对X86和ARM的内在差异有了更深层次的理解,绝非泛泛而谈,而是真正深入到了汇编指令层面进行推演。这本书的字体选择和行距也经过了精心考量,长时间阅读也不会感到眼睛疲劳,这对于需要啃读大量专业知识的读者来说,无疑是一个巨大的加分项。总而言之,从视觉体验到阅读体验,这本书都展现出了极高的专业素养和对读者的尊重。

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这本书给我最深刻的印象,是它对于“未来趋势”的把握能力。在探讨了当前主流计算范式之后,作者并未止步于对现有技术的总结,而是大胆地展望了下一代计算架构可能的发展方向。其中关于类脑计算(Neuromorphic Computing)和量子计算初步概念的介绍部分,虽然篇幅相对较短,但其前瞻性和启发性极强。它不是简单地罗列出这些新兴技术的名称,而是从计算的本质需求出发,论证了为什么硅基芯片的摩尔定律面临极限,以及这些新型架构可能如何从根本上改变我们处理信息的方式。例如,它用一个非常精炼的段落解释了量子比特的叠加态如何能够从理论上加速某些特定类型的搜索问题,这让我这个对前沿科技保持好奇心的读者,获得了宝贵的知识入口。这本书成功地在“夯实基础”和“指引方向”之间找到了一个绝佳的平衡点,它既能让你理解今天的计算机是如何工作的,又能让你思考明天它将变成什么样子,这种宏大的视野和对学科边界的探索精神,是这本书最令人称道之处。

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我最近在忙着准备一个关于高性能计算平台的项目,急需一本能够提供坚实理论基础,同时又不失前沿视野的参考书。这本书的深度和广度完全超出了我的预期。它不仅仅停留在对传统冯·诺依曼结构的复述上,而是勇敢地深入探讨了现代并行计算架构所面临的瓶颈和解决方案。比如,关于流水线技术的部分,作者没有简单地介绍如何提高指令吞吐量,而是花了大量篇幅去分析分支预测的准确性如何直接影响到性能,以及现代CPU如何通过乱序执行来掩盖内存延迟,这些都是我在其他教材中很少能找到的详尽论述。更让我眼前一亮的是,书中对异构计算单元的介绍,特别是GPU的SIMT(单指令多线程)执行模型,作者将其与传统的SIMD和SIMD&MISD架构进行了细致的比较,并配有清晰的性能模型分析。读完这几章,我对于如何优化我的CUDA内核代码有了全新的思路和方向。这本书的价值,不在于它告诉你“是什么”,而在于它告诉你“为什么是这样”,以及“如何才能做得更好”。对于那些希望从“使用者”跃升为“设计者”的工程师而言,这本书提供了一种不可多得的思维框架。

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老实说,我是一个对晦涩难懂的工程术语感到头疼的文科背景转行者,但这本书却奇迹般地让我产生了学习的兴趣。它最大的优点在于其叙事方式极其生活化,仿佛有一位经验丰富的老教授在你的耳边耐心讲解,而不是冷冰冰的文字堆砌。一开始,我对“时序逻辑电路”这些概念感到非常畏惧,但作者引入了一个非常巧妙的类比——自来水厂的蓄水池和闸门系统,一下子就把状态保持和时钟同步的概念形象化了。每当出现一个复杂的概念,书中总会有一个“思考一下”或者“实际应用”的小节,将理论拉回到现实世界中。比如,在讲解缓存一致性协议(Coherence Protocol)时,它不是直接抛出MESI协议的图表,而是先描述了多核系统中数据不一致可能导致的灾难性后果,营造出一种“非解决不可”的紧迫感,然后再循序渐进地介绍解决方案。这种“问题驱动”的学习路径,极大地降低了我的阅读门槛。我感觉自己不是在被动接受知识,而是在主动地参与一场解谜游戏,这种学习的乐趣,是很多同类书籍所无法给予的。

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和唐朔飞老师的一比简直不是一个世界的

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