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出版者:McGraw-Hill

作者:V. Carl Hamacher

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页数:0

译者:

出版时间:

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780070258839

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• 计算机
• 建筑
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• Architecture
• 计算机组织与设计
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《数字世界的基石：从逻辑门到处理器》 欢迎来到《数字世界的基石：从逻辑门到处理器》的奇妙旅程！在这本书中，我们将一起探索构成现代计算设备核心的底层逻辑与结构。本书并非一本浅尝辄止的概览，而是致力于深入剖析计算机硬件的运作原理，揭示那些驱动着我们日常数字体验的精妙设计。 想象一下，那些在屏幕上跳跃的像素、那些瞬间响应的指令，它们是如何被实现的？本书将从最基础的“0”和“1”开始，带领您逐步构建起理解计算机体系结构的完整知识体系。我们将从逻辑门的奥秘讲起，深入探讨AND、OR、NOT、XOR等基本逻辑单元如何通过组合实现复杂的计算功能。您将了解如何利用这些最基本的构建块，构建出组合逻辑电路，例如加法器、减法器，以及更复杂的译码器和多路选择器，它们是数据处理和决策制定的基石。 随着我们对组合逻辑有了深入的理解，我们将进入时序逻辑的领域。在这里，我们不再仅仅关注输入到输出的即时关系，而是引入了“时间”的概念。触发器（如SR触发器、D触发器、JK触发器）将成为我们的新伙伴，它们能够“记住”过去的状态，为构建寄存器和存储器奠定基础。您将看到这些时序电路如何协同工作，实现数据的暂存、转移和计数，这对于计算机执行指令序列至关重要。 本书将重点阐述指令集架构（ISA）的重要性。ISA是硬件和软件之间的桥梁，它定义了处理器能够理解和执行的指令集，以及数据的表示方式。我们将深入研究不同类型的指令，例如数据传输指令、算术逻辑指令、控制流指令等，并理解它们如何被编码成机器语言。您将了解到精简指令集计算机（RISC）和复杂指令集计算机（CISC）的设计理念及其演变，以及它们对处理器性能和设计的深远影响。 接着，我们将聚焦于中央处理器（CPU）的内部构造。您将详细了解CPU的各个关键组件，包括程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、算术逻辑单元（ALU）、寄存器堆以及控制单元。我们将一步步解析CPU如何执行一个指令的完整指令周期：取指令、译码指令、执行指令、写回结果。您将看到，正是ALU的高速运算能力，以及控制单元的精确调度，使得计算机能够以惊人的速度完成复杂的计算任务。 为了提高CPU的执行效率，我们还将探讨流水线技术。您将理解流水线如何将指令的执行过程分解为多个阶段，并让这些阶段同时处理不同的指令，从而大幅度提高指令吞吐量，即使单个指令的执行时间不变。本书将深入剖析流水线中的数据冒险和控制冒险等挑战，以及相应的解决方法，如重叠、转发和分支预测。 此外，存储器层次结构也是本书不可或缺的一部分。您将了解到高速缓存（Cache）是如何工作，它如何弥合CPU与主存储器（RAM）之间巨大的速度差异。我们会深入探讨不同级别的缓存（L1, L2, L3）的设计，以及缓存命中率和缓存不命中的概念，理解它们对程序性能的影响。本书还将简要介绍内存管理单元（MMU）的作用，以及它如何支持虚拟内存，为程序提供独立且安全的地址空间。 本书还涵盖了输入/输出（I/O）系统的组织方式。您将了解设备如何与CPU和主存储器进行通信，并认识到中断和直接内存访问（DMA）等机制在提高I/O效率中的关键作用。 最后，本书将不仅仅停留在理论层面，还会引导您思考计算机性能的衡量与优化。您将了解如何评估处理器的性能指标，例如时钟频率、指令每周期数（IPC）等，并理解影响整体系统性能的多种因素。 《数字世界的基石：从逻辑门到处理器》是一本为所有对计算机硬件运作原理充满好奇的读者而准备的指南。无论您是计算机科学专业的学生，还是希望深入了解数字世界背后奥秘的爱好者，本书都将为您提供坚实的基础和深刻的洞察。让我们一同揭开计算机硬件的神秘面纱，理解驱动现代科技进步的那些至关重要的“基石”。

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对我来说，选择一本合适的《Computer Organization》教材，就像是为我的计算机科学知识大厦寻找一块坚实的地基。我知道，这个领域的知识是不断演进的，但核心的组成原理却是相对稳定的。我希望这本书能够帮助我建立起一个关于计算机硬件如何协同工作的完整图景，从最底层的逻辑门电路，到复杂的处理器流水线，再到庞大的存储系统，我希望能够理解它们之间的内在联系。我非常感兴趣的是，书中是如何阐述不同性能优化技术的，比如分支预测、指令级并行（ILP）等，这些技术是如何在硬件层面实现的，又会对程序的执行效率产生怎样的影响。同时，我也希望这本书能够涵盖一些现代计算机体系结构的发展趋势，比如多核处理器、GPU 的并行计算能力，以及它们在不同应用场景下的优势。我期望这本书能够不仅仅是一本理论教科书，更能够引导我思考，如何在理解这些底层原理的基础上，更好地设计和优化软件，从而充分发挥硬件的性能。

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我之所以对《Computer Organization》这本书抱有如此大的兴趣，很大程度上是因为它所涵盖的主题，在我看来，是计算机科学的基石。理解计算机是如何工作的，其底层的硬件如何协同运转，是构建更高级别软件和系统设计的关键。这本书的名字本身就点出了核心：组织。它并非仅仅介绍各个组件的功能，更重要的是阐述这些组件是如何被组织起来，形成一个高效、有序的整体。我希望这本书能够深入浅出地讲解 CPU 的内部结构，指令的执行流程，内存的层级结构以及它们之间的数据交互方式。特别是关于流水线技术、缓存机制这些能够显著提升计算机性能的关键概念，我非常渴望能通过这本书得到一个清晰、透彻的理解。此外，我对于 I/O 系统的组织方式以及中断处理机制也充满了好奇，因为这直接关系到计算机如何与外部世界进行交互，以及如何高效地响应各种事件。一本好的计算机组成教材，不仅要解释“是什么”，更要解释“为什么”以及“如何做到”，能够引导读者从宏观到微观，层层递进地理解计算机的运行原理。我相信，这本书的出现，能够填补我在这些方面的知识空白，为我未来的学习和实践打下坚实的基础。

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在接触计算机技术一段时间后，我越来越意识到，对硬件底层原理的深刻理解，是成为一名优秀工程师的必经之路。《Computer Organization》这个名字，直接戳中了我的痛点。我渴望能够通过这本书，真正理解计算机是如何处理指令的，CPU 的时钟周期是如何工作的，各种寄存器扮演着怎样的角色，以及指令的解码、执行和写回过程是如何一步步完成的。我尤其关注书中对于内存层次结构和缓存一致性协议的讲解，这直接关系到程序的运行效率和数据的一致性。我希望能够了解，为什么会有 L1、L2、L3 缓存，以及它们的大小和速度是如何影响整体性能的。此外，对于中断和异常处理机制的细致阐述，我也充满了期待，因为这涉及到程序如何响应外部事件和错误，以及操作系统是如何管理这些过程的。这本书能否帮助我建立起一个清晰的、动态的计算机工作模型，是我衡量其价值的重要标准。我期待它能够提供清晰的图示、严谨的逻辑和翔实的例子，帮助我攻克这个领域的难点。

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这本书的封面设计，我得说，第一眼看上去就充满了厚重感和学术气息。深邃的蓝色背景，搭配着醒目的白色书名“Computer Organization”，字体的选择也显得非常经典，没有一丝花哨，直观地传递了这是一本严肃技术书籍的信息。当翻开扉页，纸张的质感也相当不错，厚实而略带纹理，用手摩挲时能感受到一种可靠的触感，这对于一本需要反复查阅的教材来说，是至关重要的。我一直相信，一本好书，从封面到内页的触感，都能在潜移默化中影响阅读体验，而《Computer Organization》在这方面做得非常到位，它让我觉得，这是一本值得投入时间和精力去学习的书籍，仿佛在开启一场严谨的知识探索之旅。书中的排版也令人称道，虽然我还没开始深入阅读，但从目录和章节标题的布局来看，就预感到内容条理清晰，结构合理。每一个章节的标题都简洁明了，点明了核心内容，这对于我这种需要快速把握书籍脉络的读者来说，无疑是极大的便利。我尤其期待书中能够通过大量的图示和流程图来辅助理解，因为计算机组成这种抽象的概念，往往需要直观的视觉呈现才能更好地被吸收。从封面到装帧，这本书都给我留下了一个极佳的第一印象，让我对即将开始的阅读充满了期待和信心。

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说实话，在选择学习资料的时候，我总是偏爱那些能够提供深入细节和理论支撑的书籍。《Computer Organization》这个书名，就足够吸引我了，因为它暗示着这本书不仅仅会停留在表面现象的描述，而是会深入到计算机的“骨骼”和“血管”之中。我期待书中能够详细阐述不同指令集架构（ISA）的特点和设计哲学，了解 RISC 和 CISC 的优劣势，以及它们是如何影响处理器设计的。更重要的是，我希望能够对存储器管理单元（MMU）的运作机制有所了解，它在虚拟内存的实现中扮演着怎样的角色，又是如何确保进程间的安全隔离。此外，关于总线结构和协议，以及它们在不同层次上的应用，我也希望能有更深入的认识，理解数据是如何在不同组件之间高效传输的。这本书的深度，决定了我能够从中学到多少东西。我希望它不仅仅是一本“知道了”的书，而是一本“明白了”的书，能够让我真正理解计算机的运作逻辑，而不仅仅是死记硬背。我需要那种能够让我站在更高的角度，去审视和分析计算机系统设计优劣的书籍。

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