计算机组成与结构 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:王爱英

出品人:

页数:188

译者:

出版时间:2007-11

价格:18.00元

装帧:平装

isbn号码:9787302152323

丛书系列:清华大学计算机系列教材

图书标签:

• 计算机组成
• 体系机构
• 王爱英
• 计算机组成原理
• 计算机体系结构
• 数字逻辑
• 汇编语言
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• 存储系统
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架构的史诗：从宏观视野到微观细节的探索 本书简介 本书旨在为读者提供一个跨越技术代际、贯穿信息系统核心的全面视角。我们聚焦于那些驱动现代计算的基石原理、设计哲学以及持续演进的范式，而非仅仅停留在特定硬件的指令集或汇编层面的具体实现。这是一次对“信息如何被组织、处理和传输”这一根本问题的深度探究。 第一部分：计算的哲学与演变——超越硅片的思考 本章首先回顾了图灵奠定的理论计算基础，探讨了冯·诺依曼体系结构在历史上的不可替代性，并深入分析了其固有的“存储程序”瓶颈——即著名的冯·诺依曼瓶颈（Von Neumann Bottleneck）。我们不只是描述这个结构，而是剖析其背后的设计权衡：简单性、可编程性与性能之间的矛盾。 随后，我们将目光投向非传统计算范式的兴起。本书详细阐述了并行计算的哲学基础，从SIMD（单指令多数据流）的早期应用，到现代GPU（图形处理器）如何通过大规模并行线程阵列重塑了科学计算和人工智能的格局。我们探讨了向量处理的数学原理，以及如何通过“数据级并行”来规避指令控制的开销。 更进一步，本书讨论了后冯·诺依曼时代的几种主要探索方向。包括数据流架构（Dataflow Architectures）的理论模型，其中计算的发生由数据依赖性而非中央时钟控制；以及内存计算（Processing-in-Memory, PIM）的最新进展，分析了其在降低数据搬运能耗方面的潜力与当前面临的跨学科挑战，如内存技术自身的限制和编程模型的复杂性。 第二部分：信息编码与表示的艺术 本部分深入解析了数字信息是如何被精确、高效地编码和存储的。我们从最底层的二进制（Base-2）表示法出发，探讨了定点数和浮点数的标准（IEEE 754）及其在精度损失和数值稳定性上的权衡。读者将理解为什么不同的指数和尾数位分配会深刻影响科学模拟和金融计算的可靠性。 在存储层面，本书详细描绘了存储器的层级结构——从寄存器到缓存，再到主内存和持久化存储。我们重点剖析了缓存的工作原理，包括缓存行（Cache Line）、映射策略（直接映射、组相联、全相联）以及置换算法（如LRU, Pseudo-LRU）。大量的篇幅用于分析“局部性原理”（Locality Principle）——时间局部性和空间局部性——如何被硬件设计者利用，以及程序员如何通过数据访问模式优化来最大化缓存命中率。 此外，本章还涵盖了可靠性与纠错技术。我们详尽讲解了奇偶校验、汉明码（Hamming Codes）以及更复杂的循环冗余校验（CRC）的数学基础，解释了这些机制如何在物理介质的噪声和错误面前保证数据的完整性。 第三部分：指令集架构（ISA）的设计哲学 指令集是硬件与软件的契约。本章致力于解构不同ISA设计背后的核心理念。我们对比了精简指令集计算机（RISC）和复杂指令集计算机（CISC）的演化路径。 对于RISC，本书分析了如何通过固定长度指令、正交性设计和大量通用寄存器来简化硬布线控制单元（Hardwired Control Unit），从而提高时钟频率和流水线效率。我们会探究RISC-V这一开放指令集架构的生态系统和设计优势，它如何挑战传统商业ISA的垄断地位。 对于CISC的现代演进，我们重点分析了微操作（Micro-operations）的概念，即现代复杂指令集处理器如何将一条复杂的指令在内部“翻译”成一系列简单的微操作序列，从而在保持向后兼容性的同时，实现流水线和乱序执行的优化。 本部分还包含了对寻址模式（Addressing Modes）的全面考察，从直接寻址到变址寻址，以及它们对编译器生成高效代码的影响。 第四部分：流水线与性能的提升 现代处理器的速度不仅仅依赖于提高时钟频率，更关键在于指令级并行（Instruction Level Parallelism, ILP）的挖掘。本章将深入探讨经典五级流水线（取指、译码、执行、访存、写回）的机制，并详细分析流水线冲突的类型——结构冲突、数据冲突和控制冲突。 为了解决这些冲突，我们剖析了先进的硬件技术： 1. 数据前递/旁路（Data Forwarding/Bypassing）： 解释了如何通过内部数据通路绕过写回阶段，将计算结果立即提供给后续指令。 2. 分支预测（Branch Prediction）： 详细介绍了静态与动态分支预测机制，特别是两级预测器（Two-Bit Predictor）和基于历史的预测算法，它们如何有效减少因分支跳转导致的流水线停顿（Stall）。 3. 乱序执行（Out-of-Order Execution, OoOE）： 探讨了重排序缓冲（Reorder Buffer, ROB）、保留站（Reservation Stations）和指令发射（Issue Logic）等核心组件，它们如何允许处理器在不破坏程序逻辑顺序的前提下，并行执行可用的指令。 第五部分：系统互连与I/O 在多核和多处理器的背景下，处理器之间的通信效率至关重要。本章将系统级互连结构作为核心议题。我们从早期的总线结构（Bus-based Architectures）分析其可扩展性瓶颈。 随后，本书详细介绍了网络片上系统（Network-on-Chip, NoC）的设计理念，包括拓扑结构（如Mesh、Torus）、路由算法（如XY Routing）和流控制机制。这使得读者能够理解现代SoC（System-on-Chip）如何高效地管理数以百计的处理单元和加速器之间的数据交换。 最后，我们分析了输入/输出（I/O）系统的挑战。从中断驱动到直接内存访问（DMA），再到现代高性能I/O框架（如PCIe的事务层和数据链路层协议），本部分旨在展示如何设计一个高效的系统接口，确保数据能以最低延迟进出计算核心。 本书的结构设计旨在引导读者从宏大的计算哲学出发，逐步深入到微观的硬件实现细节，最终形成一个对现代信息处理系统完整而辩证的认识。

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说实话，我原本以为《计算机组成与结构》会是一本晦涩难懂的学术著作，毕竟“组成与结构”这几个词听起来就很有技术含量。但这本书的阅读体验完全超出了我的预期。作者在保持专业性的同时，却用一种非常平易近人的语言进行阐述，这一点真的非常难得。书中每一个章节的逻辑都非常清晰，就像一条清晰的脉络，引导着读者一步步深入了解计算机的内部世界。我印象最深刻的是关于数据表示的部分，它详细讲解了二进制、补码、浮点数等概念，并且给出了大量的转换实例，让我对计算机内部数据的处理方式有了全新的认识。以前我总觉得数字就是数字，文本就是文本，但现在我明白了，在计算机看来，一切皆为二进制。书里对指令集架构的介绍也让我大开眼界，原来不同的处理器指令集会有这么大的差异，这也解释了为什么有些程序在特定平台下运行会更高效。这本书的结构编排也很有特色，每个知识点都配有相关的练习题，并且在书的后面提供了详细的答案和解析，这对于巩固学习非常有帮助。我感觉自己每天都在解锁新的认知，对计算机的理解也在不断深化。

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这本书简直是为我量身定做的！一直以来，我总感觉自己对计算机硬件的理解停留在“能用就行”的层面，每次遇到一些性能瓶颈或者系统崩溃，都只能抓瞎。这次偶然翻到《计算机组成与结构》，才发现原来我之前对电脑的认知是多么的肤浅。书里对CPU的工作原理、内存的读写机制、I/O设备的交互方式等等，都讲解得极其透彻。我特别喜欢它用了很多形象的比喻，比如把CPU比作大脑，内存比作短期记忆，硬盘比作长期记忆，这样的讲解方式让我这个非计算机专业的读者也能轻松理解那些复杂的概念。而且，它并没有止步于理论讲解，还结合了大量的实例和图示，让枯燥的技术名词变得鲜活起来。我开始能理解为什么有些软件运行起来那么慢，为什么某些硬件升级能带来巨大的性能提升，这些都和书里讲的底层原理息息相关。现在，我再看电脑配置单，不再是看到一堆数字和缩写就头疼，而是能从中读出很多信息，甚至能根据自己的需求，判断出哪些配置才是真正有价值的。这本书不仅仅是教我“是什么”，更重要的是它教会了我“为什么”，让我从根本上理解计算机是如何工作的。

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我是一名刚刚接触计算机科学的学生，之前接触过一些入门级的编程课程，但总感觉对计算机底层的运作机制知之甚少，就像一个只会操作汽车方向盘和油门，却不知道发动机原理的驾驶员。《计算机组成与结构》这本书就像一位经验丰富的老师，耐心地为我揭示了计算机的奥秘。书中的讲解由浅入深，从最基础的逻辑门电路讲到复杂的处理器流水线，每一个概念都讲解得非常细致。我特别喜欢它在讲解过程中穿插的一些历史故事和技术发展脉络，这让我更能体会到计算机技术是如何一步步走到今天的。比如，它讲到冯·诺依曼架构的演进，以及不同时代处理器设计理念的变迁，这些都让我对计算机的发展有了更宏观的认识。这本书不仅仅停留在理论层面，还涉及到一些实际的应用，比如缓存的原理、虚拟内存的管理等等，这些都与我们日常使用电脑的体验息息相关。我发现，很多我们习以为常的计算机现象，背后都有着复杂的工程设计和精妙的算法。通过阅读这本书，我不仅学到了知识，更培养了一种对计算机系统深入探究的兴趣，这对我未来的学习和研究方向有着重要的指导意义。

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作为一名对计算机硬件有浓厚兴趣的爱好者，我一直在寻找一本能够系统性梳理计算机组成原理的读物，《计算机组成与结构》这本书恰恰满足了我的需求。它不像某些技术博客那样零散地介绍某个硬件细节，而是提供了一个完整的知识体系，从最基本的逻辑运算单元，到复杂的存储器层次结构，再到输入输出设备的接口设计，都进行了全面而深入的讲解。我特别欣赏书中对不同硬件组件之间协作方式的阐述，比如CPU如何与内存交换数据，总线是如何连接各个部件的，这些都让我对计算机的整体架构有了清晰的认识。书中的图表和示意图非常丰富，而且质量很高，能够非常直观地展示复杂的硬件结构和数据流向，这对于理解抽象的概念非常有帮助。我印象最深刻的是关于指令流水线的部分，通过分解指令执行过程，我才真正理解了CPU是如何实现并行计算，从而大幅提升执行效率的。这本书不仅让我增长了见识，更让我对计算机硬件的设计充满了敬意。我感觉自己就像是在一个精密的机器内部进行一次探索之旅，每一次翻页都充满了惊喜和收获。

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这本书的内容，总的来说，确实能够满足许多对计算机底层原理感兴趣的读者的需求，但对于我个人而言，在阅读过程中，我发现了一些可以改进的地方。书中的某些章节，比如关于汇编语言和指令集架构的讨论，虽然内容严谨，但对于初学者来说，理解起来可能需要耗费较多的时间和精力。可能作者在编写时，默认读者已经具备了一定的计算机基础知识，所以对于一些非常基础的概念，例如二进制的转换或者逻辑运算的含义，并没有做过于详尽的解释。我希望未来版本的图书能够在这方面有所加强，提供更丰富的入门引导，或者设置一些不同难度的练习题，以适应更广泛的读者群体。另外，虽然书中提供了大量图示，但部分图示的标注和说明可以更清晰一些，有时候需要反复对照文本才能完全理解。不过，总体来说，这本书的信息量是相当可观的，对于想要深入了解计算机工作原理的读者来说，它无疑是一份有价值的参考资料。它在构建完整的计算机系统认知方面，确实起到了重要的作用，只是在某些细节的呈现上，仍有进一步优化的空间。

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比唐那本差很多。

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