計算機係統結構（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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張晨曦，王誌英 等 著

圖書標籤:

• 計算機係統結構
• 計算機組成原理
• 匯編語言
• 存儲係統
• 處理器設計
• 流水綫技術
• Cache
• 虛擬內存
• 指令集架構
• 計算機體係結構

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040403886

版次：2

商品编码：11539563

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2014-08-01

用纸：胶版纸

页数：361

字数：480000

正文语种：中文

編輯推薦

　　《計算機係統結構（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》特色：
　　論述現代大多數計算機都采用的比較成熟的思想、結構和方法等、語言簡練、重點突齣．避免麵麵俱到。
　　藉鑒國際上經典的係統結構教材、強調采用量化的分析方法、使讀者能更具體、實際地分析和設計計算機係統結構。
　　隨書光盤配有基於動畫解析教學法的近200個動畫課件．有助於教師教學和學生的自主學習、達到非常好的教學效果。
　　配有基於自主開發的模擬器的實驗教材《計算機組成與係統結構實驗教程》與《計算機係統結構學習指導與題解》（均由高等教育齣版社齣版）、對於深入理解和掌握課程內容有很大的幫助。

內容簡介

　　《計算機係統結構（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》係統地論述瞭計算機係統結構的基本概念、基本原理、基本結構和基本方法，並強調采用量化的分析方法，使讀者能夠更具體、實際地分析和理解計算機係統結構。
　　全書共10章。其中，第1章論述計算機係統結構的基本概念以及定量分析基礎；第2章論述計算機指令集的設計、RISC技術及MIPS指令集結構；第3章論述流水綫及其件能分析、流水綫中的相關和衝突及其解決方法、嚮量處理機；第4章論述指令級並行性開發，包括指令動態調度、指令分支預測、To-masulo算法、前瞻執行、超標量、超流水以及超長指令字技術等；第5章論述Cache的基本知識、降低Cache失效率的方法、減少cache失效開銷的方法以及堿少命中時間的方法；第6章論述總綫、通道處理機及其流量分析、廉價磁盤冗餘陣列RAID；第7章論述互連函數、互連網絡的結構參數與性能指標、靜態互連網絡、動態互連網絡及消息傳遞機製等；第8章論述對稱式共享存儲器係統結構、分布式共享存儲器係統結構、多處理機cache一緻性、同步及同時多綫程技術；第9章論述機群的結構、軟件模型及分類；第10章論述多核係統結構、實例及基於多核的並行程序設計。
　　《計算機係統結構（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》內容豐富，實例具體，語言簡練，可讀性好，並配有大量寓教於樂的動畫課件，可作為高等院校計算機、軟件工程、自動化及電子工程等相關專業本科生和研究生的教材，也可供相關科技人員參考。

作者簡介

　　張晨曦，同濟大學教授，博士生導師。國傢級“中青年有突齣貢獻專傢”，國傢傑齣青年基金獲得者，上海市高校教學名師和上海市模範教師。先後主持瞭一個國傢973計劃課題和5項國傢自然科學基金項目。
　　負責建設的計算機係統結構課程和計算機組成原理課程被評為上海市精品課程，“計算機係統結構”課程被評為國傢級精品資源共享課。從事係統結構教學和研究30餘年，開發齣國內第一套用於本課程的動畫課件以及國內第一套係統結構實驗模擬器。
　　主編的《計算機係統結構》教材被評為國傢級精品教材，編寫齣版5本“十一五”國傢級規劃教材，撰寫專著兩部。其中專著《新一代計算機》由荷蘭North-Holland齣版社齣版。

內頁插圖

目錄

第1章 計算機係統結構的基本概念
1.1 引言
1.2 計算機係統結構的概念
1.2.1 計算機係統的層次結構
1.2.2 計算機係統結構的定義
1.2.3 計算機組成和計算機實現
1.2.4 計算機係統結構的分類
1.3 定量分析技術
1.3.1 計算機係統設計的定量原理
1.3.2 計算機係統的性能評測
1.4 計算機係統結構的發展
1.4.1 馮·諾依曼結構
1.4.2 軟件對係統結構的影響
1.4.3 器件發展對係統結構的影響
1.4.4 應用對係統結構的影響
1.5 計算機係統結構中並行性的發展
1.5.1 並行性的概念
1.5.2 提高並行性的技術途徑
1.5.3 單機係統中並行性的發展
1.5.4 多機係統中並行性的發展
習題1

第2章 計算機指令集結構
2.1 指令集結構的分類
2.2 尋址方式
2.3 指令集結構的功能設計
2.3.1 cIsc指令集結構的功能設計
2.3.2 RIsc指令集結構的功能設計
2.3.3 控製指令
2.4 操作數的類型和大小
2.5 指令格式的設計
2.6 MIPs指令集結構
2.6.1 MIPs的寄存器
2.6.2 MIPs的數據錶示
2.6.3 MIPs的數據尋址方式
2.6.4 MIPs的指令格式
2.6.5 MIPs的操作
2.6.6 MIPs的控製指令
2.6.7 MIPs的浮點操作
習題2

第3章 流水綫技術
3.1 流水綫的基本概念
3.1.1 什麼是流水綫
3.1.2 流水綫的分類
3.2 流水綫的性能指標
3.2.1 吞吐率
3.2.2 加速比
3.2.3 效率
3.2.4 流水綫性能分析舉例
3.2.5 流水綫設計中的若乾問題
3.3 流水綫的相關與衝突
3.3.1 一個經典的5段流水綫
3.3.2 相關與流水綫衝突
3.4 流水綫的實現
3.4.1 MIPs的一種簡單實現
3.4.2 基本的MIPs流水綫
3.5 嚮量處理機
3.5.1 嚮量處理方式
3.5.2 嚮量處理機的結構
3.5.3 提高嚮量處理機性能的方法
3.5.4 嚮量處理機的性能評價
習題3

第4章 指令級並行
4.1 指令級並行的概念
4.2 指令的動態調度
4.2.1 動態調度的基本思想
4.2.2 Tomasu]o算法
4.3 動態分支預測技術
4.3.1 采用分支曆史錶BHT
4.3.2 采用分支目標緩衝器BTB
4.3.3 基於硬件的前瞻執行
4.4 多指令流齣技術
4.4.1 基於靜態調度的多流齣技術
4.4.2 基於動態調度的多流齣技術
4.4.3 超長指令字技術
4.4.4 多流齣處理器受到的限製
4.4.5 超流水綫處理機
4.5 循環展開和指令調度
4.5.1 循環展開和指令調度的基本方法
4.5.2 靜態超標量處理機中的循環展開
習題4

第5章 存儲係統
5.1 存儲係統的層次結構
5.1.1 存儲係統的層次結構
5.1.2 存儲係統的性能參數
5.1.3 三級存儲係統
5.1.4 存儲層次的4個問題
5.2 Cache基本知識
5.2.1 基本結構和原理
5.2.2 映像規則
5.2.3 查找方法
5.2.4 Cache的工作過程
5.2.5 替換算法
5.2.6 寫策略
5.2.7 Cache性能分析
5.2.8 改進Cache性能
5.3 降低Cache不命中率
5.3.1 三種類型的不命中
5.3.2 增加Cache塊大小
5.3.3 增加cache的容量
5.3.4 提高相聯度
5.3.5 僞相聯Cache
5.3.6 硬件預取
5.3.7 編譯器控製的預取
5.3.8 編譯優化
5.3.9 “犧牲”Cache
5.4 減少Cache不命中開銷
5.4.1 采用兩級Cache
5.4.2 讓讀不命中優先於寫
5.4.3 寫緩衝閤並
5.4.4 請求字處理技術
5.4.5 非阻塞Cache技術
5.5 減少命中時間
5.5.1 容量小、結構簡單的Cache
5.5.2 虛擬Cache
5.5.3 Cache訪問流水化
5.5.4 蹤跡Cache
5.5.5 Cache優化技術總結
5.6 並行主存係統
5.6.1 單體多字存儲器
5.6.2 多體交叉存儲器
5.6.3 避免存儲體衝突
5.7 虛擬存儲器
5.7.1 基本概念
5.7.2 快速地址轉換技術
5.7.3 頁式虛擬存儲器實例：64位Opteron的存儲管理
5.8 實例：AMDOpteron的存儲器層次結構
……

第6章 輸入／輸齣係統
第7章 互連網絡
第8章 多處理機
第9章 機群係統
第10章 多核係統結構與編程
參考文獻

《深入探索：現代計算的基石》 本書旨在為讀者揭示現代計算機係統的核心運作原理，從最底層的硬件指令集到上層的復雜軟件交互，構建一個全麵而深入的理解框架。我們將一同踏上一段探索之旅，解構計算世界的每一個關鍵組成部分，理解它們如何協同工作，共同驅動著我們所熟知的數字時代。 一、指令集架構（ISA）：計算的語言 我們將從計算機最基本的“語言”——指令集架構（ISA）入手。深入理解ISA是理解所有上層軟件和硬件交互的基礎。本書將詳細剖析不同ISA的設計哲學，如RISC（精簡指令集計算）與CISC（復雜指令集計算）的演變曆程與各自的優劣。讀者將學習到指令的格式、尋址模式、數據類型以及基本的算術、邏輯、控製流指令。我們還將探討指令流水綫、超標量執行等早期提升指令級並行性的技術，為理解現代高性能處理器的設計奠定基礎。理解ISA不僅是理論上的學習，更是掌握計算機底層運作機製的關鍵鑰匙。 二、處理器核心設計：智慧的引擎 在理解瞭指令集之後，我們將進入處理器核心的設計。這裏是計算能力的心髒。本書將深入探討現代處理器微體係結構的關鍵技術，包括： 指令流水綫（Instruction Pipelining）： 如何將指令的處理分解為多個階段，實現重疊執行，大幅提升吞吐量。我們將分析流水綫衝突（數據冒險、結構冒險、控製冒險）的成因以及各種解決技術，如轉發、氣泡插入、分支預測等。 超標量執行（Superscalar Execution）： 探索如何通過多個執行單元同時執行多條指令，實現指令級並行性（ILP）的飛躍。 亂序執行（Out-of-Order Execution）： 深入解析處理器如何打破指令的原始順序，根據數據依賴性動態調度指令，最大限度地利用計算資源，提高執行效率。 緩存層次結構（Cache Hierarchy）： 詳細闡述多級緩存（L1、L2、L3）的設計理念、工作原理以及緩存一緻性協議（如MESI）的重要性。理解緩存對於解決處理器與主存儲器之間的速度差異至關重要。 分支預測（Branch Prediction）： 分析條件分支指令對流水綫的影響，以及各種分支預測技術（靜態預測、動態預測）如何降低分支預測錯誤帶來的性能損失。 多核處理器（Multi-core Processors）： 探討將多個處理器核心集成到單個芯片的設計，以及由此帶來的並行計算模型和挑戰。 三、存儲器係統：信息的殿堂 除瞭處理器，存儲器係統是計算機另一個不可或缺的組成部分。本書將全麵審視存儲器係統的層次結構，從速度最快的寄存器、緩存，到容量巨大但速度較慢的主存（DRAM），再到持久化的輔助存儲（SSD、HDD）。我們將深入研究： 主存組織與訪問： DRAM的基本原理、行緩衝、列緩衝等技術如何提高訪問效率。 虛擬存儲器（Virtual Memory）： 詳細解釋虛擬地址到物理地址的轉換過程，頁錶、TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用，以及它如何實現內存共享、保護和隔離。 存儲器管理單元（MMU）： 剖析MMU在虛擬存儲器實現中的關鍵作用。 I/O係統與總綫： 探討各種輸入輸齣設備如何通過總綫連接到處理器和存儲器，以及DMA（Direct Memory Access）等技術如何提高I/O效率。 四、並行計算與多處理器係統：協同的力量 在多核處理器普及的今天，理解並行計算至關重要。本書將介紹： 並行處理模型： 從共享內存模型到消息傳遞模型，分析不同並行編程範式的特點。 多處理器係統： 探討UMA（Uniform Memory Access）和NUMA（Non-Uniform Memory Access）等共享內存係統的結構差異及其對性能的影響。 互連網絡： 分析多處理器係統中連接各個處理單元和存儲單元的網絡拓撲結構（如網格、環、超立方體）及其性能指標。 同步與通信： 講解並行程序中實現進程或綫程之間同步和通信的機製，如鎖、信號量、消息隊列等。 五、性能評估與優化：精益求精 理解瞭計算機係統的各個組成部分後，本書還將指導讀者如何評估和優化係統的性能。我們將學習： 性能度量指標： 如吞吐量、延遲、MIPS、FLOPS等，以及如何正確地理解和使用它們。 性能分析工具： 介紹各種硬件和軟件性能分析工具，幫助發現係統瓶頸。 編譯器優化： 探討編譯器在代碼生成過程中進行的各種優化技術，如循環展開、函數內聯、常量摺疊等，以及它們如何影響最終的機器碼性能。 係統級優化： 從算法選擇、數據結構設計到並行程序調優，全方位提升係統整體性能。 本書的特色： 本書不僅注重理論知識的係統講解，更強調實際應用和原理的聯係。通過對經典和現代處理器設計的深入剖析，以及對存儲器係統、I/O係統、並行計算等方麵的全麵闡述，本書將幫助讀者建立起一個關於計算機係統結構的金字塔式理解。無論您是計算機科學專業的學生，還是希望深入瞭解計算機底層運作機製的從業者，本書都將為您提供寶貴的知識財富，助您在日益復雜的計算領域中遊刃有餘。

评分☆☆☆☆☆

這本書在講解存儲設備時，讓我對固態硬盤（SSD）和傳統機械硬盤（HDD）的性能差異有瞭更清晰的認識。它不僅介紹瞭它們的基本工作原理，還深入分析瞭它們在讀寫速度、延遲、耐用性、功耗等方麵的優劣勢。書中還探討瞭更高級的存儲技術，如NVMe接口，以及它如何進一步提升SSD的性能。我以前可能覺得SSD隻是比HDD快一點，但讀完這本書，我纔明白它們在底層技術上有著本質的區彆，以及NVMe技術如何解鎖瞭SSD的全部潛力。這些信息對於理解現代存儲係統的發展趨勢非常有價值。

评分☆☆☆☆☆

這本書帶給我的驚喜遠不止於此。關於存儲器層次結構的部分，我感覺自己仿佛真的置身於一個數據流動的迷宮，從速度極快的寄存器，到速度稍慢但容量更大的緩存，再到容量巨大但速度相對較慢的主存，以及最後永續存儲的磁盤。作者用生動的比喻和詳實的圖解，清晰地描繪瞭數據在不同層次之間如何搬運，以及緩存一緻性協議的重要性。我以前隻知道“緩存”這個詞，但對它的工作原理知之甚少。通過這本書，我終於明白瞭緩存未命中（cache miss）會帶來什麼樣的性能損耗，以及如何通過優化程序的數據訪問模式來提高緩存命中率。特彆是關於多處理器係統中的緩存一緻性問題，書中的講解更是讓我醍醐灌頂，理解瞭MESI等協議如何保證多個處理器之間對同一數據的訪問的一緻性，避免瞭數據衝突和不一緻的情況發生。

评分☆☆☆☆☆

《計算機係統結構（第2版）》對於我理解現代計算機的能耗管理，起到瞭至關重要的作用。書中關於功耗與性能的權衡，以及各種節能技術，讓我意識到瞭在設計和使用計算機時，功耗並非一個可以忽略的因素。作者詳細介紹瞭動態電壓頻率調整（DVFS）等技術，以及它們是如何根據係統負載動態地調整CPU的電壓和頻率，從而在保證性能的同時降低功耗。此外，對於服務器集群和數據中心的能耗問題，書中也進行瞭深入的探討，讓我意識到優化係統結構和算法對於降低整體能耗的重要性。這不僅是在理論層麵，也讓我開始思考在實際的軟件開發中，如何編寫更節能的代碼。

评分☆☆☆☆☆

這本書的深入分析讓我開始重新審視“性能”這個概念。過去，我可能隻關注程序運行的速度，但《計算機係統結構（第2版）》讓我認識到，性能是一個多維度的考量，它不僅包括執行速度，還涉及到功耗、成本、可靠性等多個方麵。例如，在討論指令集架構時，作者詳細比較瞭不同架構在功耗和性能之間的權衡。我也更加理解瞭為什麼有些高性能計算係統會選擇特定的處理器架構，而不是簡單地堆砌更多的核心。書中的一些案例分析，比如對不同芯片設計的比較，讓我看到瞭架構師們在追求極緻性能的同時，是如何在各種約束條件下做齣取捨的。這種全局觀，對於理解整個計算機産業的發展趨勢非常有幫助。

评分☆☆☆☆☆

對於任何一個對計算機底層技術有興趣的開發者來說，《計算機係統結構（第2版）》都是一本不可多得的寶藏。書中關於虛擬化技術的講解，更是讓我大開眼界。我一直很好奇，一颱物理機是如何同時運行多個操作係統，而且互不乾擾的。這本書詳細解釋瞭虛擬化是如何實現的，包括硬件輔助虛擬化、半虛擬化等技術。它讓我明白，虛擬化不僅僅是軟件層麵的模擬，更需要硬件層麵的支持，例如CPU的虛擬化擴展。瞭解瞭這些，我纔明白為什麼虛擬化技術在雲計算領域扮演著如此重要的角色，它極大地提高瞭服務器資源的利用率，降低瞭數據中心的運營成本。

评分☆☆☆☆☆

《計算機係統結構（第2版）》在講解並行計算方麵的內容，簡直就是為我量身定做的。長期以來，我一直對如何充分利用多核處理器的強大能力感到睏惑。這本書係統地介紹瞭不同類型的並行性，包括指令級並行（ILP）、綫程級並行（TLP）和進程級並行（PLP）。作者深入淺齣地講解瞭指令級並行，如超標量處理器和VLIW架構，以及它們是如何通過同時執行多條指令來提升性能的。我特彆喜歡關於多綫程編程的討論，它解釋瞭如何在軟件層麵利用多核處理器的優勢，通過創建多個綫程來並行處理任務。書中還探討瞭共享內存模型和消息傳遞模型，以及它們在分布式係統中的應用。讀完這部分，我感覺自己對如何編寫高效的並行程序有瞭更清晰的思路，不再是憑感覺猜測，而是有瞭理論指導。

评分☆☆☆☆☆

總的來說，《計算機係統結構（第2版）》這本書不僅僅是一本教材，更是一次深入的計算機科學之旅。它將抽象的理論概念，通過清晰的講解、豐富的圖示和深刻的案例，變得觸手可及。從指令集到存儲器層次，從並行計算到虛擬化，這本書幾乎涵蓋瞭現代計算機係統的各個核心方麵。我強烈推薦這本書給任何想要深入瞭解計算機底層原理的讀者，無論是學生、開發者還是技術愛好者，都能從中獲得寶貴的知識和啓迪。這本書的價值，遠不止於書本的頁碼，它更是為我打開瞭一扇通往更深層次計算世界的大門。

评分☆☆☆☆☆

我簡直無法想象，《計算機係統結構（第2版）》這本書能讓我對計算機的底層運作原理産生如此深刻的認識。在此之前，我一直以為計算機就是一颱聽從指令的機器，但這本書的齣現，徹底顛覆瞭我的認知。它就像一位經驗豐富的嚮導，一步步帶領我探索計算機的心髒——處理器，瞭解CPU如何執行指令，如何進行流水綫操作，如何通過緩存來加速數據訪問。書中的內容極其細緻，例如在講解指令集架構（ISA）時，作者並沒有止步於羅列指令，而是深入分析瞭不同指令集的設計哲學，如RISC和CISC的優劣勢，以及它們如何影響編譯器的優化和程序的執行效率。當我讀到關於亂序執行的部分，簡直驚為天人，原來CPU內部在執行指令時，可以如此“聰明”地重新排列指令的順序，以充分利用執行單元，從而提高整體性能。這種精密的調度機製，讓我對現代處理器的強大性能有瞭全新的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

《計算機係統結構（第2版）》在對編譯器的優化策略進行介紹時，讓我感到非常驚喜。我一直以為編譯器隻是將高級語言翻譯成機器碼，但這本書讓我瞭解到，編譯器在優化代碼以提高執行效率方麵所做的努力是多麼的巨大。書中詳細介紹瞭各種優化技術，例如循環展開、函數內聯、死代碼消除等，以及它們是如何作用於指令流水綫和緩存的。我終於明白瞭為什麼有時候看似簡單的代碼，在編譯後生成的機器碼卻非常復雜，而且執行效率會得到顯著提升。這種深入的剖析，讓我對軟件性能優化有瞭全新的視角，也促使我更關注如何編寫對編譯器友好的代碼。

评分☆☆☆☆☆

我必須說，這本書在介紹I/O係統方麵的內容，也讓我受益匪淺。以前，我對輸入輸齣設備，如磁盤、網絡接口的瞭解僅停留在錶麵。但《計算機係統結構（第2版）》詳細闡述瞭I/O設備如何與CPU進行交互， DMA（直接內存訪問）是如何繞過CPU直接進行數據傳輸，從而顯著提高I/O性能。書中還探討瞭中斷機製，以及它是如何讓CPU在I/O設備完成操作時得到通知的。讀到關於存儲器接口和總綫結構的部分，我更是瞭解到不同I/O設備連接到主闆上的方式，以及不同總綫在帶寬和延遲方麵的差異。這些知識，讓我對計算機的整體架構有瞭更全麵的認識，理解瞭不同組件之間的協同工作原理。

评分☆☆☆☆☆

当课本用，对学习很有帮助。

评分☆☆☆☆☆

书很好，有事可做了。

评分☆☆☆☆☆

不错的书，买来参考一下，希望有帮助。

评分☆☆☆☆☆

书很好，包装也可以,是木有拆封的新书。

评分☆☆☆☆☆

书对人的影响是逐步逐步积累的，就我的读书经验来说，一本书或是几本书对你影响深远那说明你读的书还不够多，古人云，开卷有益，就是说每本书里都有你值得吸收的东西，慢慢的，书读得多了，就会产生一种量变到质变的情况，书读得多了，才能有比较，才能升华。所谓：腹有诗书气自华呀！高尔基说过：书籍是人类进步的阶梯。在我看来，读书很重要。读书可以让我们学到丰富的知识，可以让我们开阔眼界，还可以使人进步。

评分☆☆☆☆☆

好好好好好好好好好好好好好好

评分☆☆☆☆☆

书的质量很好，到货非常快。

评分☆☆☆☆☆

不错

评分☆☆☆☆☆

嗯，还不错