汇编语言与微机原理教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:顾元刚 编

出品人:

页数:349

译者:

出版时间:2008-5

价格:35.00元

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isbn号码:9787121063381

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• 汇编语言
• 微机原理
• 计算机组成原理
• 8086
• 汇编
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计算机体系结构深度解析：从冯·诺依曼到现代多核 导言：洞察计算的基石 在信息技术日新月异的今天，我们日常使用的各种智能设备——从智能手机到超级计算机——其底层运行逻辑，无不根植于一套精妙的、跨越数十年的设计哲学之上。本书旨在为读者构建一个全面、深入的计算机体系结构知识框架，超越表面的应用层，直抵硬件与软件交互的核心领域。我们关注的焦点在于“是什么”以及“为什么”，力求揭示现代计算系统的内在机制和演进脉络。 本书的内容涵盖了计算机科学领域中最为基础和关键的几个方面：经典的冯·诺依曼模型及其局限性、指令集架构（ISA）的设计哲学、存储器的层次结构与性能优化、输入/输出（I/O）系统的原理，以及现代多处理器和并行计算的新范式。 --- 第一部分：计算的理论基石与经典模型 本部分着重于奠定读者对现代计算机系统的基本认知，追溯其理论源头和基础结构。 第一章：计算的数学与逻辑基础 在深入研究硬件之前，理解计算的本质至关重要。本章将回顾布尔代数在数字电路中的应用，从最基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR）开始，逐步构建加法器、多路复用器、译码器等基本组合逻辑电路。随后，我们将探讨时序逻辑电路，如锁存器（Latches）和触发器（Flip-flops），它们是构建存储单元和状态机的基础。在此基础上，介绍有限状态机（FSM）的概念，这是描述硬件控制逻辑的强大工具。 第二章：冯·诺依曼架构的剖析 冯·诺依曼体系结构是当代绝大多数通用计算机的蓝图。本章将详细解析该架构的五大组成部分：算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、存储器（Memory）、输入设备和输出设备。我们将深入分析程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、数据寄存器等关键寄存器在“取指-译码-执行”周期中所扮演的角色。同时，我们也会讨论该架构固有的“存储器墙”问题，为后续章节中对性能瓶颈的探讨埋下伏笔。 第三章：数据表示与运算 计算机如何处理数字、字符和指令？本章将系统阐述数据在二进制世界中的表示方法。重点内容包括： 1. 整数表示： 无符号数、定点数和补码表示法，以及补码运算如何简化减法操作。 2. 浮点数标准： 详细解读IEEE 754标准，包括单精度和双精度格式的指数、尾数和符号位的含义，以及舍入和特殊值（如NaN, $infty$）的处理。 3. 字符编码： 从ASCII到Unicode（UTF-8/UTF-16）的演进，确保跨语言处理的准确性。 --- 第二部分：指令集架构（ISA）的设计与实现 ISA是硬件与软件之间的契约。本部分侧重于分析设计者如何定义机器级的语言，以及这些定义如何影响系统的效率和编程的难易程度。 第四章：指令集设计的哲学与类型 指令集架构的设计并非一成不变，它经历了从复杂指令集（CISC）到精简指令集（RISC）的演变过程。本章对比分析了两种主要设计哲学： CISC 特点： 强调指令的丰富性和复杂性，一个指令可以完成多步操作。 RISC 特点： 强调指令的规整性、固定长度和执行速度，依赖编译器进行复杂操作的分解。 我们将探讨指令格式的设计，包括操作码（Opcode）的编码、寻址模式的分类（立即数寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等）及其在实际程序中的应用场景。 第五章：指令流水线与性能优化 为了提高CPU的吞吐量，指令流水线技术被广泛采用。本章将深入剖析经典的五级流水线模型（取指、译码、执行、访存、写回），并详细讨论流水线中的三大核心挑战： 1. 数据相关性： 数据的依赖如何导致流水线停顿（Stall）。 2. 控制相关性： 分支指令的预测与处理（分支延迟和分支预测技术）。 3. 结构相关性： 资源共享导致的冲突。 我们将介绍停顿插入（Bubble Insertion）、数据前递（Forwarding/Bypassing）以及动态分支预测算法（如TAGE预测器）的工作原理。 第六章：RISC-V 架构的现代视角 作为新兴的、开放的指令集架构，RISC-V是理解现代ISA设计的绝佳案例。本章将以RISC-V为例，详细解析其模块化设计思想（基础指令集I、M、A、F、D扩展），寄存器组织，以及调用约定。通过实际的汇编级指令分析，读者可以直观地理解现代RISC设计是如何平衡性能、功耗和设计复杂性的。 --- 第三部分：存储器系统：速度与容量的平衡艺术 访问速度的巨大差异是制约计算机性能提升的主要因素。本部分将聚焦于如何构建一个高效的多级存储系统。 第七章：存储器层次结构与局部性原理 本章阐述了从寄存器到二级缓存、主存（DRAM）乃至海量存储（SSD/HDD）的完整层次结构。核心在于理解局部性原理——时间局部性和空间局部性——如何指导存储系统的设计。我们将分析CPU缓存的工作机制： 1. 映射方式： 直接映射、全相联映射和组相联映射的优缺点。 2. 替换策略： LRU（最近最少使用）、FIFO等算法的实现难度和效果。 3. 写策略： 写直达（Write-Through）与写回（Write-Back）的性能权衡。 第八章：虚拟存储器与内存管理 虚拟存储器是操作系统和硬件协同工作的典范。本章将详细解释虚拟地址到物理地址的转换过程，重点介绍页表（Page Table）的结构，以及转换后援缓冲器（TLB）如何加速这一过程。我们还将讨论缺页（Page Fault）的处理流程，以及缓存一致性（Cache Coherency）问题在多处理器环境下的重要性，并介绍如MESI协议等一致性维护机制。 --- 第四部分：I/O系统与并行计算 现代系统需要高效地与外部世界交互，并利用多核技术来应对日益增长的计算需求。 第九章：输入/输出（I/O）系统设计 I/O操作往往是系统中速度最慢的部分。本章分析了不同的I/O控制方式： 1. 程序控制I/O： 轮询（Polling）的效率低下。 2. 中断驱动I/O： 中断向量、优先级和上下文切换的开销。 3. 直接内存访问（DMA）： DMA控制器的工作流程，如何解放CPU以执行其他任务。 同时，本章也将探讨总线结构（如PCIe）的设计，以及如何通过队列和缓冲机制优化数据传输的效率。 第十章：多处理器与并行计算架构 从单核到多核是计算领域一次重大的架构变革。本章介绍了几种主流的多处理器模型： 共享内存多处理器（SMP）： 缓存一致性的挑战。 非一致性内存访问（NUMA）： 内存访问延迟的地域性。 大规模并行处理（MPP）： 分布式内存系统和消息传递接口（MPI）的基础概念。 最后，我们将讨论现代CPU设计中的核心并行技术，如超线程（Simultaneous Multithreading, SMT）和向量处理单元（SIMD扩展，如SSE/AVX），为高性能计算做好铺垫。 --- 结语：面向未来的体系结构展望 本书的终点是起点。通过对经典理论的深入挖掘和对现代设计的剖析，读者将具备批判性地看待新硬件技术（如图形处理器GPU、专用加速器和量子计算的潜在影响）的能力。本书旨在培养的不仅仅是知识的掌握，更是一种对计算本质的深刻理解和系统性的思维方式。

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这本书真是帮了我大忙，它深入浅出地讲解了复杂的底层技术，让我这个初学者也能啃下来。特别是它对硬件结构和指令集的解析，非常细致到位。读完之后，我对计算机的运行机制有了全新的认识，不再是停留在使用层面上的“小白”了。作者的叙述方式很具引导性，总能在我快要迷失在寄存器和内存地址的时候，用一个恰当的比喻把我拉回来。以前觉得汇编就是枯燥的数字和代码堆砌，这本书彻底颠覆了我的看法，它让我看到了底层逻辑的美感和效率。书中的大量实例代码都经过了精心挑选和注释，不仅仅是罗列，更是手把手地教你如何思考和解决问题。我特别欣赏作者在讲解中融入的对不同处理器体系结构的比较分析，这让我对整个微机发展脉络有了宏观的把握，为我后续深入学习嵌入式系统打下了坚实的基础。可以说，这本书是通往深入理解计算机世界的敲门砖，非常值得推荐给所有有志于此的同行者。

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我本以为自己对计算机底层已经有所了解，但阅读这本书后才发现，许多自以为是的理解都是浮于表面的。作者在内容组织上的匠心独运，使得知识的递进显得非常自然，每一个新的概念都是建立在对前一个概念透彻理解之上的。这种层层递进的教学方法，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。书中对中断处理和I/O端口操作的讲解尤其精彩，它没有停留在理论层面，而是结合了具体的硬件操作流程进行阐述，使得抽象的软件控制与真实的硬件响应之间建立起了明确的联系。我尝试跟着书中的步骤搭建了一个简单的实验环境，书中的代码和步骤几乎是零误差的，这极大地增强了我学习的信心。而且，书中对于性能优化的一些早期思想的探讨，也很有启发性，让我理解了为什么在资源受限的环境下，每一条指令都必须精心雕琢。这本书的价值，不仅在于传授知识点，更在于培养一种严谨的、自底向上的系统思维模式。

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我必须承认，我是在一个非常紧迫的期限内需要掌握这块知识的，一开始感到压力山大。但这本书的章节结构设计得非常科学合理，它确保了关键概念的“即时可用性”。例如，在讲解堆栈操作和函数调用的那一章，作者用了一个非常巧妙的、类似“侦探破案”的叙事手法，逐步揭示函数参数如何在栈上传递，返回地址又是如何被维护的。这种叙事方式极大地激发了我的学习兴趣，让原本枯燥的堆栈帧布局变得引人入胜。书中对调试技巧的穿插介绍也十分实用，它教会了我如何利用调试器去“看透”代码在机器层面到底发生了什么，而不是仅仅停留在编译器替我做了什么的假设上。这本书的实用价值是毋庸置疑的，它真正做到了“授人以渔”，培养的不是知识的搬运工，而是能够洞察机器内核的思考者。

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这本书的排版和图示设计简直是教科书级别的典范。对于像微机原理这种涉及大量抽象结构和时序关系的学科来说，清晰的视觉辅助至关重要，而这本书在这方面做得无懈可击。每一个数据通路图、每一个时序波形图都标注得清清楚楚，让人一眼就能捕捉到信息流动的关键节点。我尤其喜欢它在讲解总线仲裁和存储器映射时所使用的动态流程图解释，这比纯文字描述要高效得多。对于我这种偏向视觉学习的人来说，这本书简直是福音。此外，作者在涉及特定CPU架构特性时，总能保持必要的通用性与适度的细节之间的平衡，既没有陷入某一特定平台的泥潭，也没有因为过于泛化而失去实用价值。阅读过程中，几乎不需要频繁地翻阅其他参考资料来辅助理解图表，这极大地提高了我的阅读效率和心流体验。

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作为一名有着多年编程经验的工程师，我原本对这类“基础”书籍不抱太大期望，总觉得无非是把老掉牙的知识点重新包装一下。然而，这本书却出乎意料地提供了不少让我眼前一亮的新视角。它并没有仅仅停留在对汇编语言的机械性介绍上，而是巧妙地融入了现代操作系统对底层资源调用的视角，这使得即便是老旧的指令集，也能焕发出新的活力。作者在讨论内存保护和特权级转换的部分，其深度和前瞻性令人印象深刻，这对于理解现代虚拟化技术的基础非常有帮助。这本书的深度足以满足专业人士的再学习需求，同时其清晰的逻辑链条又保证了新手不会望而却步。它不只是一个工具手册，更像是一部关于计算思维演进的历史侧写，让我对计算机科学的经典部分有了更深层次的敬意。

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