具体描述
本书系统地讲述了计算机系统结构的基本概念、基本原理，计算机系统的基本构成技术及性能分析方法。介绍了近年来该领域相关技术的重要进展以及最新的发展趋势。
全书共分7章。第1章讲述计算机系统层次结构，计算机系统结构、组成、实现的定义及相互关系，并行处理技术，计算机系统结构的分类，计算机性能。第2章讲述指令格式的优化技术，计算机指令系统的发展方向，RISC的新发展。第3章讲述标量流水线技术，流水线性能分析，流水线的调度技术，超标量流水、VLIW结构及超流水线等指令级并行技术及向量处理机。第4章讲述存储系统及性能，并行主存系统，虚拟存储器和Cache。第5章讲述并行处理技术，SIMD计算机的互连网络。第6章讲述多处理机结构，多处理机的Cache一致性，多处理机的软件及并行机的发展趋势。第7章讲述数据驱动的基本原理，数据流程序图和语言，数据流计算机结构。
本书内容丰富，取材先进，概念清晰，易于理解，每章均有一定数量的例题和习题。本书可作为高等院校计算机专业本科生的教材或计算机相关专业的研究生教材，也可作为从事计算机研究的科技人员的参考书。
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这本书对于分支预测和乱序执行的讲解，简直就是把我从对 CPU 内部工作原理的朦胧认知，带到了一个清晰的境地。我之前总是以为 CPU 就像一个老实的工人，按部就班地执行指令，遇到分支就停下来，等前面的指令都做完了再决定往哪边走。但《计算机系统结构》这本书让我明白，现代 CPU 远比这要“聪明”得多。作者详细解释了**分支预测**技术，它就像一个“预言家”，能够根据历史执行情况，猜测程序分支的走向，并提前将可能的分支代码加载到流水线中，从而避免流水线停顿。而**乱序执行**（Out-of-Order Execution）则更像是“多任务处理高手”，它并不拘泥于指令在程序中的顺序，而是会找出那些可以并行执行的指令，并按照它们的数据依赖关系来重新安排执行顺序。这种设计极大地提高了 CPU 的利用率，使得 CPU 的每个周期都能尽可能地做有意义的工作。书中通过大量生动的图示和细致的伪代码，将这些复杂的概念展现在我面前，让我能够清晰地看到指令如何在内部“流动”和“重排”。理解这些技术，就像是掌握了 CPU 的“加速秘籍”，让我对为什么现代处理器能够如此高效地运行各种复杂的软件有了根本性的认识，也让我开始思考如何在编写代码时，尽量利用好 CPU 的这些高级特性。
评分《计算机系统结构》这本书，尤其是在讨论输入/输出（I/O）系统设计的部分，可以说是我学习过程中的一个重要转折点。过去，我总是把 I/O 看作是计算机的一个相对“慢”的组成部分，与 CPU 和内存的速度相比，显得有些滞后。然而，这本书让我深刻认识到，一个高效的 I/O 系统对于整个计算机系统的性能至关重要，甚至可以说是瓶颈所在。作者细致地介绍了各种 I/O 设备的工作原理，从简单的键盘鼠标到复杂的磁盘阵列和网络接口卡，并深入剖析了它们与 CPU 和内存之间的数据传输机制。我特别被 DMA（直接内存访问）技术所吸引，它允许 I/O 设备直接与内存进行数据传输，而无需 CPU 的全程干预，极大地解放了 CPU 的资源，提高了系统的吞吐量。书中对中断机制的解释也让我茅塞顿开，理解了 I/O 设备是如何通过中断来通知 CPU 数据传输完成或需要处理的情况，以及中断处理程序的执行流程。虚拟存储器和页面置换算法的章节更是让我大开眼界，它解释了如何通过磁盘空间来模拟比物理内存更大的地址空间，以及各种置换算法（如 LRU、FIFO、Optimal）是如何权衡性能和内存使用效率的。这本书并非止步于理论，它还详细讲解了各种 I/O 接口标准，如 PCI-e、USB 等，以及它们在实际系统中的应用。通过对这些内容的学习，我不仅对 I/O 系统的复杂性和重要性有了全新的认识，更重要的是，我学会了如何从系统架构的角度去分析和优化 I/O 性能，这对于我将来进行系统调优和性能评估提供了宝贵的指导。
评分《计算机系统结构》在向量处理和并行计算的章节，为我打开了通往高性能计算的大门。在此之前，我总觉得计算机的计算能力是线性的，一次只能处理一个任务。然而，这本书让我看到了计算机在处理大规模并行任务时的强大能力。作者详细介绍了向量指令的原理，以及如何通过 SIMD（单指令多数据）指令集来同时对多个数据进行操作，这就像给 CPU 装上了“多管齐下”的能力。我尤其对 GPU（图形处理器）的并行架构感到着迷，理解了它如何通过大量的核心来同时处理成千上万个线程，从而实现惊人的计算吞吐量。书中对并行编程模型，如 OpenMP 和 MPI 的介绍，也让我看到了如何在软件层面充分利用硬件的并行能力。学习这些内容，让我深刻体会到，在当今数据爆炸的时代，并行计算已经不再是少数专业领域的专属，而是解决复杂问题、推动科技进步的关键。书中对于大规模并行处理器的设计挑战，例如通信带宽、内存墙和功耗管理等问题的讨论，也让我对高性能计算领域的未来发展方向有了更深的思考。这本书不仅仅是介绍了并行计算的技术，更是让我看到了计算机在处理海量数据和复杂模型时所展现出的无限潜力，这极大地激发了我对高性能计算和人工智能等领域的研究兴趣。
评分这本书关于指令集架构（ISA）的论述，简直就是一把钥匙，开启了我对计算机底层运作机制的理解之门。在我阅读之前，我对 ISA 的理解仅仅停留在“计算机能听懂的语言”这个模糊的概念上。然而，《计算机系统结构》这本书则以一种极其严谨和详尽的方式，将 ISA 的方方面面展现在我面前。从操作码、寻址模式到寄存器类型，作者都进行了深入的剖析。我尤其着迷于 RISC（精简指令集计算机）和 CISC（复杂指令集计算机）的对比分析，理解了它们各自的设计哲学、优缺点以及对处理器设计和编译优化的影响。书中关于指令编码、指令译码和指令执行的详细过程，配合大量的图示和例子，让我仿佛能够亲眼看到 CPU 如何一步步地处理每一条指令。对于那些看似简单的操作，如加法或数据加载，背后所涉及到的复杂逻辑和时序控制，让我对工程师的智慧肃然起敬。书中还探讨了不同 ISA 的发展演变，例如 x86 和 ARM 的兴衰，以及它们在不同应用领域中的优势。这种对历史和技术演进的梳理，让我能够更宏观地理解 ISA 的设计选择是如何受到时代背景和市场需求的影响。通过对 ISA 的深入学习，我不再仅仅是使用计算机，而是能够开始理解它“思维”的方式，为我后续深入学习处理器设计、编译器优化等更高级的主题打下了坚实的基础。
评分《计算机系统结构》在虚拟化技术这一章的阐述，让我对现代数据中心和云计算的底层支撑有了豁然开朗的认识。在我阅读这本书之前，我总以为一台物理服务器只能运行一个操作系统，承载有限的应用。然而，本书让我看到了虚拟化技术如何将一台强大的物理服务器“分割”成多个独立的“虚拟”服务器，每个虚拟服务器都拥有自己的操作系统和运行环境。作者详细介绍了虚拟机的概念，以及虚拟机监视器（VMM）或 Hypervisor 的作用。我尤其被 Type 1 和 Type 2 Hypervisor 的区别所吸引，理解了它们在性能和灵活性上的权衡。书中对硬件辅助虚拟化的支持（如 Intel VT-x 和 AMD-V）的讲解，更是让我明白了现代处理器是如何被设计来支持虚拟化，从而降低了虚拟化的开销，提高了运行效率。通过虚拟化技术，我理解了云计算服务商是如何高效地利用硬件资源，为用户提供按需分配的计算能力，同时也理解了容器化技术（如 Docker）是如何在操作系统层面实现轻量级的隔离和部署。这本书让我看到了计算机系统在资源共享和隔离方面所实现的巨大飞跃，也让我对软件定义基础设施（SDI）等前沿技术有了更深入的理解。
评分这本书对于存储器层次结构的深入探讨，可以说是我理解计算机性能瓶颈的关键所在。在此之前，我一直认为内存的容量和速度是决定计算机运行快慢的唯一因素。然而，《计算机系统结构》一书让我看到了一个更加精妙的体系：**存储器层次结构**。作者详细阐述了从寄存器、一级缓存、二级缓存、三级缓存，到主内存（RAM），再到辅助存储（如 SSD 和 HDD）的逐级递减的访问速度和逐级递增的容量。我尤其对缓存的工作原理印象深刻，理解了局部性原理（时间局部性和空间局部性）是如何被利用来提高数据访问效率的。书中关于缓存替换策略（如 LRU、LFU）的讲解，以及各种缓存一致性协议，让我明白了为什么有时候一个看似简单的读写操作，背后需要如此复杂的机制来保证数据的正确性和高性能。这种层层递进的存储设计，就像一个聪明的大脑，将最常用的数据放在最容易获取的地方，从而极大地提升了整体的运行效率。通过对存储器层次结构的理解，我能够更深刻地分析程序性能的瓶颈，并尝试进行相应的优化。例如，当我遇到程序运行缓慢时，我不再只是盲目地增加内存，而是会去思考是否是缓存未命中率过高，或者数据访问模式不佳。这本书为我提供了一个强大的分析工具，让我能够从更宏观的视角审视计算机系统的性能，并找到改进的方向。
评分这本书在容错和可靠性设计这一章节的讲解，让我对计算机系统在面对各种“意外”时如何保持稳定运行有了深刻的理解。在此之前，我总是默认计算机是可靠的，除非发生物理损坏。但《计算机系统结构》让我看到了，在复杂系统中，各种意想不到的错误是普遍存在的。作者详细介绍了**纠错码（ECC）**在内存和存储中的应用，以及它们如何检测和纠正数据传输中的比特错误。我尤其对**冗余设计**的理念感到着迷，例如 RAID（独立磁盘冗余阵列）是如何通过多块硬盘的组合来提高数据存储的可靠性，即使一块硬盘发生故障，数据也不会丢失。书中还探讨了**硬件故障检测**和**软件容错**技术，比如看门狗定时器（Watchdog Timer）如何防止程序“死锁”，以及如何通过异常处理机制来应对各种运行时错误。理解这些容错机制，让我对那些关键任务系统（如航空控制、金融交易系统）的可靠性有了更深的敬畏。这本书让我明白，构建一个健壮的计算机系统，不仅仅是追求极致的性能，更重要的是要考虑如何应对各种潜在的失败，并确保系统的持续可用性。这种对“健壮性”的关注，为我今后的系统设计和开发提供了宝贵的指导思想。
评分这本《计算机系统结构》的引入，简直是为我打开了一扇全新的大门，让我对计算机的内部运作有了前所未有的深刻理解。在我初次翻阅这本书之前，我对计算机的认知停留在“输入指令，输出结果”的层面，认为它不过是一台神奇的黑盒子。然而，这本书以一种极其系统和渐进的方式，层层剥开了这个黑盒子的神秘面纱。从最基础的指令集架构（ISA）开始，作者便如同一个经验丰富的向导，带领我们一步步认识CPU是如何解码和执行指令的。我特别着迷于数据通路和控制单元的设计，那些逻辑门、寄存器、算术逻辑单元（ALU）如何协同工作，将一串串二进制代码转化为实际的操作，这种精妙的设计让我惊叹不已。书中对于流水线技术的阐述更是让我醍醐灌顶，它解释了为何现代处理器能够如此高效地处理大量指令，那些指令如何在不同的阶段并行执行，大大缩短了程序的运行时间。我甚至开始尝试去理解不同类型的流水线冲突（结构冲突、数据冲突、控制冲突）以及解决这些冲突的各种技术，如转发、乱序执行、分支预测等，这些概念虽然抽象，但在作者清晰的图示和详实的解释下，逐渐变得生动起来。这本书不仅仅是理论的堆砌，它更注重实践的联系，通过大量的实例和思考题，引导读者将所学知识融会贯通，尝试去分析和设计更优化的系统。对于那些渴望深入了解计算机“灵魂”的读者来说，《计算机系统结构》无疑是一部不可或缺的经典之作，它为我后续深入学习操作系统、编译原理等相关领域奠定了坚实的基础，让我不再是那个对计算机原理一无所知的门外汉，而是真正能够理解其内在逻辑的探索者。
评分不得不说，《计算机系统结构》这本书在缓存一致性这个章节的处理上，给了我前所未有的震撼。在此之前，我总以为多核处理器之间的数据共享会是件轻而易举的事情，无非就是大家共享内存里的数据嘛。但这本书让我看到了事情的复杂性远超我的想象。当多个处理器同时访问并修改同一块内存区域时，如何确保每个处理器看到的数据都是最新的，这个问题就像一个巨大的迷宫。书中详细介绍了各种缓存一致性协议，如MESI、MOSI等，这些协议通过定义缓存块的不同状态（例如，Modified, Exclusive, Shared, Invalid）以及它们之间的转换规则，来保证数据的一致性。我尤其对“写回”和“写通”策略的对比印象深刻，它们各自的优缺点以及在不同场景下的适用性，让我对存储系统的性能优化有了更深的认识。同步机制的讲解也让我豁然开朗，比如锁、信号量、自旋锁等，这些工具如何在并发环境中协调多个进程或线程对共享资源的访问，避免数据竞争和死锁。作者通过大量的图示和伪代码，将这些抽象的概念具象化，让我能够清晰地看到锁是如何“锁定”资源，信号量又是如何“计数”和“等待”。更让我惊喜的是，书中还探讨了内存一致性模型，这对于理解不同处理器架构在并发编程中的行为差异至关重要。理解这些概念，就像在黑暗中点亮了一盏盏明灯，让我对多核时代下的软件开发有了更清晰的认识，也让我对那些曾经困扰我的并发编程难题有了更深刻的理解。这本书不仅仅是关于硬件的设计，更是关于如何在硬件层面实现高效、可靠的数据共享和并发控制，这种深入的洞察力，让我对计算机系统的整体架构有了更宏观、更细致的把握。
评分《计算机系统结构》在性能评估和基准测试方面的论述，给了我一个全新的视角来审视计算机的实际表现。在此之前，我对计算机的性能评估往往停留在“跑分”的模糊概念上，对各种测试软件的数值理解并不深入。然而，这本书让我明白了性能评估的复杂性和科学性。作者详细介绍了各种**基准测试**的类型，包括综合基准测试、应用基准测试、微基准测试等，并分析了它们各自的优缺点以及适用场景。我尤其对**性能计数器**（Performance Counters）的概念印象深刻，它能够提供关于 CPU 缓存命中率、流水线停顿次数、分支预测错误次数等底层的性能指标，让我能够更精确地定位性能瓶颈。书中关于**Amdahl 定律**和**Gustafson 定律**的讨论，也让我明白了在多处理器系统中，如何理性地评估并行化能够带来的性能提升极限。通过对这些内容的学习，我不仅能够更科学地理解各种性能测试报告，还能够自己动手设计简单的性能评估方案，对实际的系统进行性能调优。这本书为我提供了一个严谨的框架，让我能够从“感觉”层面，上升到“数据”和“分析”层面，更有效地理解和提升计算机系统的性能。
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