计算机组成原理及汇编语言学习指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育

作者:张思发，樊俊青　主编

出品人:

页数:129

译者:

出版时间:2003-9

价格:19.60元

装帧:

isbn号码:9787040131970

丛书系列:

图书标签:

• 计算机组成原理
• 汇编语言
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• 底层原理
• 数字电路
• 编程基础

计算机体系结构与微处理器系统设计：深入解析与实践应用 本书特色： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨现代计算机系统的核心——体系结构设计与微处理器实现。内容涵盖从基础的冯·诺依曼结构到前沿的乱序执行、多核并行处理的理论与实践。我们侧重于将复杂的硬件概念与实际的系统性能优化相结合，为读者构建起一座连接底层硬件逻辑与上层软件实现的坚实桥梁。 第一部分：计算机体系结构基础与量化分析 本部分奠定了理解现代处理器的理论基础。我们从指令集架构（ISA）的演变入手，详细剖析了复杂指令集计算（CISC）和精简指令集计算（RISC）的设计哲学及其对性能的影响。 第一章：指令集架构与程序表示 指令集设计原则： 聚焦于指令的格式、寻址模式（立即数、寄存器、直接/间接存储器寻址）的设计选择，及其对编译器优化和硬件复杂度的权衡。 汇编语言与机器码的映射： 深入讲解不同ISA（如MIPS、RISC-V或x86的简化模型）中的汇编语言如何对应到机器码层次，包括数据操作、控制流、过程调用约定（Calling Conventions）的实现细节。 数据表示与运算： 浮点数运算标准（IEEE 754）的精度、舍入规则及其在系统中的表示与运算性能考量。 第二章：性能度量与瓶颈分析 性能评估模型： 引入经典的CPU性能公式（CPI、时钟周期时间、指令数），并探讨实际系统中“等效指令数”（IC）的动态变化。 Amdahl定律与处理器扩展性： 详细分析并行化对整体系统性能提升的限制，并讨论如何利用多核架构绕开或缓解这些限制。 基准测试（Benchmarking）的科学性： 探讨SPEC、MLPerf等行业标准测试套件的局限性与适用场景，强调系统级性能测试的综合性要求。 第二部分：处理器流水线设计与控制 本部分深入研究指令如何在处理器内部高效执行，重点关注流水线技术及其带来的挑战。 第三章：基础单周期与多周期实现 硬件数据通路设计： 详细描绘指令取指、译码、执行、访存和写回五个阶段的基本硬件组件（PC、寄存器堆、ALU、数据内存）。 时序控制逻辑： 设计并分析实现单周期数据通路所需的控制信号生成逻辑，理解其性能瓶颈——时钟周期受最长路径限制。 多周期流水线化： 引入流水线概念，将指令执行分解为更小的阶段，通过时间复用提高吞吐量。分析流水线控制单元的设计，特别是状态机在管理指令流中的作用。 第四章：流水线冲突管理与解决 三大类冲突分析： 结构冲突、数据冲突（RAW、WAW、WAR）的识别与量化。 数据前递（Forwarding/Bypassing）： 详细阐述 ALU 结果、访存数据等如何绕过写回阶段，直接反馈到后续指令的执行阶段，以解决数据依赖。 分支预测与暂停（Stall）： 探讨引入分支指令时对流水线的破坏，介绍基于硬件的延迟槽（Delayed Slot）技术和简单的静态/动态分支预测机制，以及在预测错误时如何进行流水线清空（Flushing）与恢复。 第三部分：存储器系统层次结构与优化 处理器性能的发挥高度依赖于快速、高效的存储器访问。本部分专注于缓存设计及其对系统性能的决定性影响。 第五章：高速缓存（Cache）原理与设计 层次化存储系统： 解释局部性原理（时间、空间）如何指导缓存的物理分层（L1、L2、L3）。 地址映射技术： 深入比较直接映射、全相联和组相联缓存的工作原理、命中率计算、冲突概率与硬件复杂度的权衡。 写策略与一致性： 探讨写直达（Write-Through）与写回（Write-Back）策略的优缺点，以及缓存块的替换算法（LRU、随机、先进先出）。 第六章：虚拟内存与TLB 地址转换机制： 阐述虚拟地址到物理地址的转换过程，包括页表结构、页大小的选择。 转换后援缓冲器（TLB）： 讲解TLB作为缓存页表项的硬件实现，分析TLB未命中时的开销，及其与主存页表的交互机制。 I/O系统的基本交互： 简要介绍中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）的原理，及其与内存系统的协同工作模式。 第四部分：超越顺序执行：高性能处理器设计 本部分聚焦于现代高性能CPU中实现指令级并行（ILP）的关键技术——超标量与乱序执行。 第七章：超标量与指令级并行（ILP） 多发射机制： 介绍如何设计硬件以支持在一个时钟周期内同时发射多条指令到多个功能单元（如ALU、Load/Store单元）。 动态调度与Scoreboarding： 阐述硬件如何追踪指令的依赖关系，实现指令的非线性执行。 第八章：乱序执行（Out-of-Order Execution）引擎 重排序缓冲区（Reorder Buffer, ROB）： 讲解ROB在维持程序正确性（如精确中断）和实现指令提交顺序中的核心作用。 保留站（Reservation Stations）与结构前发： 分析指令如何在保留站中等待操作数，以及如何保证只有当所有先决条件满足时才执行指令。 寄存器重命名与活跃性分析： 深入探讨如何通过动态寄存器分配（借助映射表）消除伪共享（WAW和WAR依赖），实现真正的指令级并行。 第九章：多核架构与内存一致性模型 缓存一致性协议： 详细介绍MESI（修改、独占、共享、无效）协议的工作流程，分析处理器间如何通过总线或互连网络维护共享数据的正确性。 同步与互斥原语的硬件实现： 探讨Compare-and-Swap (CAS) 或 Load-Linked/Store-Conditional (LL/SC) 等原子操作的硬件支持，及其在构建无锁数据结构中的重要性。 附录：硬件描述语言与仿真基础 简要介绍使用VHDL或Verilog等HDL语言对上述结构进行行为级建模和仿真验证的基本流程，为读者提供将理论转化为可实现模型的方法论指引。 本书内容结构严谨，逻辑清晰，旨在培养读者从晶体管级抽象思维向上构建复杂系统模型的能力，深刻理解为何现代软件的性能瓶颈常常源自于底层硬件的结构性限制。

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这本书的阅读过程，与其说是在学习一门课程，不如说是在进行一次深度的“考古”之旅。它强迫你暂时放下对现代编程范式的依赖，重新审视计算机最原始的计算逻辑。我个人认为，这本书最大的价值在于它构建了一种“底层思维模式”。当我阅读到关于中断和异常处理机制的章节时，我仿佛能感受到操作系统在极短时间内切换上下文的精妙设计。这种对系统响应机制的深入理解，对于编写高可靠性或实时性要求高的软件至关重要。作者在阐述这些跨越硬件与软件边界的概念时，展现了罕见的洞察力，将复杂的交互过程提炼成了清晰的协议。虽然全书下来，需要耗费大量的精力去消化这些底层细节，但每攻克一个难点，带来的那种豁然开朗的成就感，是其他任何编程书籍都难以比拟的。

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初次接触这套资料，我最直观的感受是其文字的深度和广度。它不像一些入门读物那样，把概念过度简化以至于失真。相反，作者似乎毫不避讳地直接切入了问题的核心，用非常精确的术语来描述复杂的硬件逻辑。这对于已经有一定基础的读者来说，无疑是一种福音，因为它避免了太多不必要的拐弯抹角。我尤其欣赏它在讲解数据通路和控制单元设计时的那种步步为工的严谨性，仿佛作者在手把手地搭建一个虚拟的CPU。不过，我也注意到，对于完全零基础的新手来说，可能需要付出更高的专注度才能跟上其思维节奏。阅读过程中，我总忍不住要停下来，在草稿纸上画出数据流图，试图将书中的文字描述转化为直观的硬件结构。这种需要深度思考才能完全消化的内容，往往意味着它蕴含的知识密度极高，绝对不是可以囫囵吞枣翻阅的类型。

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这本书的封面设计挺吸引人的，那种经典的理工科风格，配色沉稳，给人一种严谨扎实的感觉。我本来是冲着“汇编语言学习指导”这几个字去的，希望能找到一本能把枯燥的底层知识讲得清晰易懂的教材。拿到手翻了翻，感觉内容排版还算合理，章节划分也比较清晰，从基础的二进制表示到复杂的寻址方式，似乎都有涉及。不过，我更关注的是它在实践性上的体现。很多教材虽然理论讲得头头是道，但实际操作起来就抓瞎了。希望这本书能在代码示例和实验指导方面做得更出色一些，真正能让读者在敲代码的过程中加深理解。光看目录，感觉它覆盖的知识点比较全面，从指令集架构到存储器管理，都似乎有所触及。我对它在现代处理器架构，比如多核并行和流水线技术上的阐述尤为期待，毕竟这是理解现代计算性能的关键。总的来说，初步印象是，这是一本内容翔实、结构清晰的专业参考书，希望能带领我深入理解计算机的“心脏”是如何跳动的。

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这本书的编排逻辑给我的感觉是极其系统化的，它似乎遵循着一种“由表及里”的递进路线。从宏观的系统结构开始，然后逐步深入到指令集的设计哲学，再到具体的机器码如何被CPU执行的微观层面。这种层层剥笋的叙述方式，有效地帮助读者建立起一个完整的知识框架，而不是零散的知识点堆砌。我特别关注了其中关于存储体系结构的部分，特别是缓存一致性和虚拟内存管理的论述。这些都是影响程序性能的关键因素，而本书处理这些复杂问题时，所采用的对比分析法，让我能清晰地分辨出不同设计方案的优劣。它没有简单地给出标准答案，而是引导你去思考“为什么是这样设计”，这才是真正有价值的教学方法。如果能配上更多动态的图示来解释这些复杂的时序关系，那就更完美了。

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作为一个常年与高级语言打交道的程序员，我深知“知其所以然”的重要性。我拿起这本书，是想探究那些隐藏在C++标准库和操作系统API调用背后的真正工作原理。这本书在讲解汇编语言部分时，给我的惊喜在于它没有仅仅停留在“如何写汇编代码”的层面，而是深入探讨了编译系统如何将高级代码转化为可执行的机器指令。这种对“翻译过程”的剖析，让我对程序的性能瓶颈有了全新的认识。例如，它对栈帧的构建和函数调用的过程描述得极其透彻，让我瞬间明白了递归调用中可能存在的开销和风险。阅读体验上，它的语言风格是偏向于技术报告的严谨，但通过精心设计的例题，将晦涩的理论场景进行了具象化处理，使得枯燥的逻辑推导变得有迹可循，极大地增强了学习的代入感。

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