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出版者:McGraw-Hill Education

作者:Yale N. Patt

出品人:

页数:656

译者:

出版时间:2003-8-5

价格:USD 66.17

装帧:Hardcover

isbn号码:9780072467505

丛书系列:

图书标签:

• 计算机科学
• 计算机系统概论
• 计算机
• CS
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• Patt
• Computing Systems
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• Operating Systems
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• CPU Design
• Data Representation

深入理解现代电子系统的基石：从底层硬件到高级软件的全面解析 本书旨在为对计算机系统底层运作机制充满好奇的读者提供一条清晰、深入的路径，探索现代计算设备从物理层面到软件抽象层之间的复杂交互。它不是一本关于编程语言语法或特定应用开发的指南，而是专注于揭示“计算”这一行为背后的基本原理和设计哲学。 --- 第一部分：数字世界的基石——信息的表示与处理 本部分将带领读者进入数字逻辑的世界，构建对计算机如何理解和操作信息的根本认知。 1. 信息的量化与编码： 我们将从最基础的二进制位（Bit）开始，探讨数字系统中信息存储和传输的最小单位。内容将细致阐述如何使用二进制来表示整数、定点数和浮点数。特别是，对IEEE 754浮点标准的深入剖析，解释了为什么计算机上的数学运算会存在精度限制，以及这些限制在科学计算和图形处理中的实际影响。此外，字符编码（如ASCII和Unicode的演变）如何将抽象的符号转化为机器可处理的序列，也将被详细讨论。 2. 组合逻辑与时序逻辑电路： 理论的基石是布尔代数。我们将系统性地回顾基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR），并展示如何使用它们构建更复杂的组合逻辑电路，例如加法器、多路复用器和译码器。随后，我们将转向时序逻辑，介绍存储元件（如锁存器和触发器）的概念，这些是构建计算机记忆体的关键。通过对D触发器和寄存器的分析，读者将理解状态是如何在时钟周期内被保持和改变的。 3. 算术运算的硬件实现： 计算机最核心的功能之一是执行算术运算。本章将详细展示硬件层面如何实现加、减、乘、除。我们将剖析二进制补码系统如何简化减法操作，并深入研究乘法和除法的硬件算法（如加法-移位算法），揭示这些运算在实际处理器中是如何通过ALU（算术逻辑单元）高效完成的。 --- 第二部分：指令集架构（ISA）——软硬件的契约 指令集架构是连接软件世界和硬件世界的桥梁。本部分将重点分析这一关键抽象层。 4. ISA的基本概念与设计权衡： 我们将介绍指令集架构的核心要素：操作码（Opcode）、寻址模式、寄存器集合和内存访问规则。通过对比精简指令集计算（RISC）和复杂指令集计算（CISC）的哲学差异，读者将理解现代处理器设计中关于性能、功耗和实现复杂性之间的权衡取舍。 5. MIPS/RISC-V 架构的深度剖析： 本书将选择一个具体的、具有教育意义的指令集（如MIPS或现代的RISC-V）作为案例，逐条解析其指令格式、寄存器约定和调用规范。读者将学会如何阅读机器码的二进制表示，并手动“汇编”简单的程序片段。这部分内容将强调函数调用约定（Calling Conventions）如何规范地管理栈帧、参数传递和返回地址，这是理解过程间通信的关键。 6. 汇编语言编程实践： 基于前述的ISA知识，本章将带领读者进行基础的汇编语言编程。内容将涵盖跳转、条件分支、循环结构的实现，以及如何使用汇编语言直接操纵数据和控制流。这不仅是理解编译器工作的关键一步，也是掌握底层性能优化的基础。 --- 第三部分：处理器设计与微架构 从指令集到物理实现，本部分聚焦于CPU内部的结构和数据通路。 7. 单周期与多周期数据通路： 我们将从最简化的模型——单周期处理器——开始，展示如何将ISA中的每条指令映射到硬件组件（取指单元、译码器、ALU、寄存器堆）的连接上。随后，我们将过渡到更实际的多周期设计，探讨指令流水线化的概念，理解如何通过将指令执行分解为多个阶段来提高吞吐量。 8. 流水线技术与性能挑战： 流水线是现代高性能CPU的核心技术。本章将详细阐述五级流水线（取指、译码、执行、访存、写回）的工作原理。重点分析流水线带来的主要性能瓶颈：数据依赖、控制依赖（分支预测）以及结构冲突。读者将学习硬件如何通过停顿（Stall）或转发（Forwarding）机制来解决这些冲突，以保持高效执行。 9. 内存层次结构与缓存系统： 处理器速度的飞速发展使得主存的延迟成为系统瓶颈。本部分将深入探讨内存访问的“时间局部性”和“空间局部性”原理，并基于此构建多级缓存系统（L1, L2, L3）。内容将详细解释缓存的工作方式，包括映射策略（直接映射、组相联、全相联）、写策略（直写、回写），以及如何计算命中率和平均访问时间。理解缓存不一致性问题及其解决方案，是理解现代多核系统性能的关键。 --- 第四部分：系统级抽象与虚拟化 计算机系统远不止一个CPU，本部分将扩展视角到整个系统环境。 10. 内存管理与虚拟地址空间： 操作系统如何为每个程序提供私有、连续的内存视图是系统设计的亮点。本章将解析分页（Paging）机制，包括页表（Page Table）的结构和TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用。我们将解释虚拟地址如何被硬件MMU（内存管理单元）实时翻译成物理地址，以及缺页中断（Page Fault）的处理流程。 11. 进程、中断与I/O系统： 进程的概念是并发性的基础。我们将探讨处理器如何通过上下文切换来模拟多个程序同时运行。重点分析硬件中断（Interrupts）和异常（Exceptions）如何打断正常程序流程，并将控制权交给操作系统内核。此外，对I/O设备的抽象——如通过端口映射或内存映射I/O进行通信——也将被详细讲解。 12. 链接、加载与程序执行环境： 读者将了解一个C/C++源代码文件是如何经历预处理、编译、汇编，最终成为可执行文件的全过程。重点解析目标文件（Object File）的结构，静态链接器如何解析符号引用，以及加载器（Loader）在程序启动时如何将代码和数据准确地放置在虚拟内存空间中，并设置初始执行点。 --- 本书的最终目标是使读者能够“像系统工程师一样思考”：当一段代码执行缓慢时，能够定位问题是出在算法设计、编译器优化、指令集效率、缓存未命中，还是I/O瓶颈。它提供的是跨越硬件与软件鸿沟的整体视野，是理解高性能计算、嵌入式系统和操作系统内核的必备基础。

评分☆☆☆☆☆

无意间发现有人推荐这本书，看了它的介绍，发现讲的是很基础的东西，花一天时间粗略的看了一遍，我的主要关心点在高级语言在汇编、ISA、机器码的实现。出乎意料的讲的很明白。虽然不够深入，但是却能给人一个整体的概念，C程序如何一步一步的硬件实现。 感觉有点像是把数电、计...  

评分☆☆☆☆☆

一本真正叫你认知什么是计算机系统的书。 如果你真能在系统学习前把它读懂，在你今后的学习中你会发现它的价值所在。  

评分☆☆☆☆☆

无意间发现有人推荐这本书，看了它的介绍，发现讲的是很基础的东西，花一天时间粗略的看了一遍，我的主要关心点在高级语言在汇编、ISA、机器码的实现。出乎意料的讲的很明白。虽然不够深入，但是却能给人一个整体的概念，C程序如何一步一步的硬件实现。 感觉有点像是把数电、计...  

评分☆☆☆☆☆

虽然很惭愧，我其实没有读完这本书，只是在大一的时候看了一部分，但是可以说即使这样，这本书对我来说，影响也是巨大的。时光荏苒，已经马上大四了，回顾这几年学的知识，我发现关于计算机的许多专业课的核心内容其实都已经涵盖到这本巨著里了。 比如说我们要学习的数字电子技...  

评分☆☆☆☆☆

虽然很惭愧，我其实没有读完这本书，只是在大一的时候看了一部分，但是可以说即使这样，这本书对我来说，影响也是巨大的。时光荏苒，已经马上大四了，回顾这几年学的知识，我发现关于计算机的许多专业课的核心内容其实都已经涵盖到这本巨著里了。 比如说我们要学习的数字电子技...  

评分☆☆☆☆☆

《Introduction to Computing Systems》这本书的标题，对我而言，是进入数字世界的一扇关键之门。作为一名对科技发展充满兴趣，但又常常感到技术门槛较高的人，我一直渴望能够系统地理解计算机是如何工作的。市面上充斥着各种关于编程语言、特定软件或特定硬件的书籍，但鲜少有能从最根本的层面，系统性地介绍“计算系统”的整体构成和运作原理。这本书的“Introduction”定位，正是我所需要的。它预示着这本书将为我揭示计算机系统的全貌，从最底层的逻辑电路、指令集架构，到操作系统如何管理硬件和软件资源，再到网络通信和应用程序的交互。我希望这本书能够用清晰、易懂的语言，将那些看似抽象的技术概念具体化，帮助我建立起一个完整的认知框架，理解“计算”的本质，以及这些复杂系统如何支撑着现代社会的运行。

评分☆☆☆☆☆

我最近有幸接触到了《Introduction to Computing Systems》，虽然我还没能完全啃下这本书，但仅从它的出版和宣传来看，它就立刻吸引了我。首先，这个书名就有一种直击要害的吸引力。“Introduction to Computing Systems”——这不仅仅是一个学科的开端，更像是开启了通往一个全新世界的大门。对于我这样一个对计算机世界充满了好奇，但又常常感到无从下手的人来说，这样的书名就像一个明确的导航，指引我走向了正确的方向。我一直认为，要理解一个复杂的系统，最好的方法就是从它的根基入手，而计算机系统，无疑是现代社会最核心、最复杂的系统之一。从硬件的逻辑门到操作系统的内核，再到应用程序的交互，每一个层面都蕴含着精妙的设计和严谨的逻辑。这本书似乎承诺的就是一种系统的、循序渐进的介绍，它不会让你在某个高深的领域里迷失，而是带你一步步地构建起对整个计算机体系的认知框架。这种“系统性”的教育方式，对于培养长远的理解能力至关重要，它能够帮助我建立起融会贯通的思维，而不是零散的知识点堆砌。我期待这本书能够以一种清晰、易懂的方式，将那些看似抽象的概念具象化，让我能够真正理解计算机是如何工作的，以及它背后蕴含的智慧。

评分☆☆☆☆☆

《Introduction to Computing Systems》这个书名，直接命中了我的一个长期以来的求知欲。我一直觉得，要真正理解现代世界，就必须理解计算机系统。它们是信息时代的基石，是驱动社会进步的核心动力。然而，计算机系统本身又是一个极其庞大且复杂的概念，从底层的电子元件到高级的软件应用，它们之间存在着千丝万缕的联系，但这些联系常常对普通读者来说是模糊不清的。我渴望一本能够将这一切梳理清楚的书，一本能够把我从一个“使用者”提升到一个“理解者”的书。这本书的标题，特别是“Introduction”这个词，给我带来了极大的希望。它暗示着这本书会以一种循序渐进、由浅入深的方式，带领读者认识计算系统的全貌。我期望它能够帮助我理解最基础的计算单元是如何工作的，指令是如何被处理的，数据是如何被存储和传输的，以及操作系统和应用程序是如何在这个基础上构建起来的。我希望通过这本书，能够建立起一种宏观的视角，理解计算机的“骨架”和“灵魂”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《Introduction to Computing Systems》非常引人注目，它精确地捕捉到了我一直以来想要深入了解的领域。在我看来，计算机系统不仅仅是硬件和软件的简单堆砌，它是一个复杂而精密的生态系统，每一个组成部分都相互依存，共同协作，才得以完成我们日常所需的各种计算任务。从最初的逻辑门，到处理器、内存、存储器，再到操作系统、编译器、网络协议，这些元素共同构成了我们今天所熟知的计算世界。我一直对计算机系统的工作原理感到好奇，特别是当一个简单的指令如何一步步转化为最终的输出时，我总觉得其中蕴含着一种令人着迷的智慧。这本书的“Introduction”定位，对我来说是极其重要的。它意味着这本书不是一本只为专业人士准备的晦涩难懂的著作，而是一本能够引导新手入门，建立起扎实基础的书籍。我期待它能够用一种清晰、有条理的方式，将这些复杂的概念进行分解和阐述，让我能够理解它们之间的联系，并最终形成一个完整的认知体系。

评分☆☆☆☆☆

我最近对《Introduction to Computing Systems》这本图书的标题感到非常好奇。在当今这个信息爆炸的时代，计算无处不在，深刻地影响着我们生活的方方面面。然而，对于我们大多数人来说，计算机系统依然是一个充满神秘感的黑箱。我一直对“计算”的本质，以及构成“计算系统”的各个关键要素感到着迷，却苦于找不到一本真正能够系统地、清晰地介绍这些内容的入门书籍。这本书的标题，精准地传达了其核心内容——对计算系统进行初步的、全面的介绍。我期待它能够带领我一步步探索计算系统的基础架构，从最底层的逻辑门电路，到处理器如何执行指令，内存如何管理数据，再到操作系统如何协调软硬件资源，以及如何构建起更高级的应用层。我希望这本书能够用易于理解的语言，将那些看似晦涩的技术概念具象化，帮助我建立起对整个计算机体系的完整认知，从而更好地理解和应用未来的科技。

评分☆☆☆☆☆

我对于《Introduction to Computing Systems》这本书的标题，可以说是充满了期待。在我看来，“计算系统”是现代文明的神经中枢，而“入门”则是通往理解它的最佳途径。我一直对计算机的内部运作机制抱有强烈的好奇心，但常常被技术术语和复杂的架构所困扰，始终未能形成一个清晰、完整的图景。市面上充斥着各种关于编程语言或特定软件的书籍，但它们往往是“就事论事”，缺乏对整个计算系统“为什么”和“如何”的系统性解释。这本书的标题，直接点明了其核心价值：为读者提供一个关于计算系统的全面而系统的介绍。我希望它能够像一位循循善诱的老师，带领我从最基础的硬件原理开始，理解二进制如何构成数字信息，CPU如何执行指令，内存如何存储数据，操作系统如何管理这些资源，以及网络如何连接这些系统。我渴望通过这本书，建立起一种宏观的、系统的理解，从而更好地把握技术发展的脉络。

评分☆☆☆☆☆

我最近被《Introduction to Computing Systems》这本书深深吸引了。作为一名对科技发展有浓厚兴趣的普通人，我一直渴望了解我们生活中无处不在的计算机系统是如何运作的。市面上充斥着各种关于编程或特定软件的书籍，但很少有能够从最根本的层面，系统性地解释“计算”的本质以及构成“计算系统”的基石。这本书的标题非常精准地传达了它的核心价值——为读者提供一个对计算系统全面的初步认识。我希望这本书能够填补我在理解计算机核心原理上的空白。从硬件层面，我期待了解CPU是如何执行指令的，内存是如何工作的，以及这些基础部件如何协同运作；从软件层面，我希望理解操作系统是如何管理硬件资源，如何支持应用程序运行的，以及编译器和链接器在其中扮演的角色。我想要构建一个清晰的认知框架，理解从一个用户输入到最终屏幕显示的过程，以及背后所涉及的无数层面的计算和交互。这本书的“Introduction”属性，让我看到了一个能够引导我走进这个复杂而迷人世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对科技发展充满热情但技术背景相对薄弱的读者，我一直寻找一本能够真正让我理解计算机“是什么”的书。《Introduction to Computing Systems》这个书名，在我眼中，就代表着一份承诺——一份关于“计算系统”的全面而系统的介绍。我常常觉得，现代社会的一切都离不开计算，从我们手中的手机到背后庞大的数据中心，它们都是精密的计算系统。然而，这些系统是如何构建的？它们的运行原理是什么？这些问题常常让我感到困惑。我尝试过阅读一些技术文档，但它们往往过于专业，让我难以入门。这本书的标题暗示了一种“入门”的性质，这让我非常欣喜。我期待它能够像一位经验丰富的向导，带领我穿越由硬件、软件、网络等组成的复杂迷宫。我希望它能用清晰的语言，解释那些看似高深莫测的概念，比如指令集架构、内存管理、进程调度等等，让我能够真正理解一个程序是如何从代码转化为机器可执行的指令，以及这些指令如何在硬件上被执行。我相信，掌握了这些基础知识，我将能够更自信地去探索计算机科学更广阔的天地。

评分☆☆☆☆☆

我一直对“计算”这个词本身充满了哲学的思考。计算不仅仅是数学上的加减乘除，它更是一种解决问题的方式，一种逻辑推理的体现，甚至可以说是一种思维模式。因此，一本名为《Introduction to Computing Systems》的书，在我看来，它提供的并不仅仅是技术的知识，更是一种通往现代世界运行逻辑的密钥。《Introduction to Computing Systems》这个书名，本身就传递出一种系统性、基础性的学习目标，而这正是我所渴求的。我接触过一些关于计算机的书籍，它们或是专注于某个具体的编程语言，或是深入探讨某个算法，但很少有能让我从最根本的层面去理解“计算”的本质，以及构成“计算系统”的那些基本元素。这本书的出现，就像一个及时的雨露，滋润了我对计算机科学更深层次的渴望。我希望它能够带领我从最底层的硬件逻辑开始，了解二进制是如何构筑起数字世界，CPU是如何执行指令，内存是如何存储和访问数据，以及操作系统又是如何协调这一切的，最终指向我们日常接触到的软件应用。这种从“系统”的视角出发，理解“计算”的过程，无疑能够帮助我建立起一种更加宏观和扎实的计算机素养，让我能够更有效地学习和应用未来的技术。

评分☆☆☆☆☆

《Introduction to Computing Systems》这个书名，对于我来说，就像是对一个庞大且迷人的宇宙的邀请函。我一直对“计算”这一概念充满好奇，它不仅是数字世界的基石，更是解决问题、组织信息、驱动创新的核心能力。然而，要理解一个完整的“计算系统”，其复杂性往往让人望而却步。我曾尝试阅读过一些技术性的书籍，但它们要么过于专业，要么过于零散，始终未能构建起我所渴望的系统性认知。这本书的“Introduction”定位，则给了我巨大的希望。它承诺的不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的引导，一种对计算机世界运作逻辑的启蒙。我期待它能够带领我从最基础的计算单元出发，逐步深入到处理器、内存、操作系统等关键组成部分，理解它们是如何协同工作，共同构建出我们日常所见的复杂计算环境。我希望通过这本书，能够建立起一种扎实的计算机科学基础，让我能够更自信地去探索和应用未来的技术。

评分☆☆☆☆☆

通俗易懂

评分☆☆☆☆☆

循循善诱， 写法很好，思路很好， 从前言开始就被吸引住了。给6颗星。只是到ISA有点迷糊，写法简单自然不如csapp全面体系渐进，不过做出来的计算机已经没法看懂了， 而The Elements of Computing Systems却用更简单的写法做出了一个巧妙易懂且功能强大的计算机。也许作者应该先简要区别一下single cycle processor，multicycle processor， 以及pipelined processor 。后面语言部分基本跳过

评分☆☆☆☆☆

A solid intro to computer engineering

评分☆☆☆☆☆

真心难得的好书，不纠结于细节。是我高中读的进入正式计算机殿堂的第一本书籍。仔细想想现在读的这么多书能这么深入浅出的着实不多。 CS专业的学生应该把这本书作为计算机组成A和计算入门放在第一学期来上，然后把复杂的计算机组成B和编程语言放在后面来上，而不是作为现在冗长乏味的入门课程。

评分☆☆☆☆☆

真心难得的好书，不纠结于细节。是我高中读的进入正式计算机殿堂的第一本书籍。仔细想想现在读的这么多书能这么深入浅出的着实不多。 CS专业的学生应该把这本书作为计算机组成A和计算入门放在第一学期来上，然后把复杂的计算机组成B和编程语言放在后面来上，而不是作为现在冗长乏味的入门课程。