计算机组成与嵌入式系统（原书第6版） pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:（加） Carl Hamacher

出品人:

页数:0

译者:王国华等

出版时间:2013-10

价格:79.00

装帧:

isbn号码:9787111438656

丛书系列:计算机科学丛书

图书标签:

计算机技术
计算机
计算机组成
计算机科学
多大教材
计算机组成原理
嵌入式系统
计算机体系结构
数字逻辑
汇编语言
硬件设计
系统设计
微处理器
存储器
I/O接口

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具体描述

本书是一本经典的计算机组成教材，自1978年问世以来，已被多所世界知名大学选为教材。本书知识结构合理，知识点全面完整，基本概念广泛而新颖。书中不仅介绍了硬件设计的原理，说明了硬件设计如何受软件需求影响，而且以流行的商用处理器作为范例，描述了各种基本知识和基本概念的应用方法和应用过程，具有很强的实用性。此外，本书还涵盖了当今许多先进的技术和设计思想。

本书特色

系统地介绍了现代计算机硬件系统的各个组成部分，包括处理器、输入/输出、存储器和互连标准等。

以Nios II、ARM、ColdFire和Intel IA-32等商用处理器为例来阐释基本概念，侧重于讨论RISC设计风格的处理器（如MIPS），同时也介绍了CISC设计风格的处理器（如应用比较广泛的商用处理器Intel IA-32）。

软件定义世界：深入理解现代计算与未来智能的基石图书名称：软件定义世界：深入理解现代计算与未来智能的基石内容提要本书旨在全面而深入地剖析支撑当代数字文明的计算范式——“软件定义一切”（Software-Defined Everything, SDx）的理论基础、核心技术栈以及未来演进方向。我们不再仅仅关注单一的硬件结构或特定的编程语言，而是将视角提升到系统层面，探讨如何通过软件的抽象、虚拟化和智能化，重塑从底层基础设施到上层应用服务的全貌。本书结构分为四个主要部分，层层递进，构建起一个完整的知识体系：第一部分：计算范式的演进与软件基石本部分首先回顾了冯·诺依曼架构的经典地位，并迅速过渡到软件定义时代的必然性。我们详细论述了摩尔定律放缓背景下，计算能力增长的瓶颈如何被通过架构创新和软件优化所突破。异构计算的崛起：深入探讨CPU、GPU、FPGA以及ASIC在不同计算任务中的角色分配。重点分析CUDA、OpenCL等编程模型如何实现对异构资源的有效调度和利用。虚拟化与容器化技术栈：全面解析Hypervisor（Type-1和Type-2）的工作原理、内存管理、I/O 虚拟化技术（如SR-IOV）。随后，重点剖析容器技术（Docker、CRI-O）的内核级隔离机制（Cgroups和Namespaces），以及它们如何极大地提升资源利用率和部署敏捷性。内存与存储的变革：阐述持久性内存（PMem）的引入如何模糊了内存与存储的界限，以及面向应用的数据结构设计如何适应新的存储层次。讨论软件定义存储（SDS）的架构，如Ceph、GlusterFS，及其在分布式一致性、数据冗余和弹性伸缩方面的实现细节。第二部分：网络重构与基础设施即代码（IaC）软件定义不仅停留在计算层面，网络基础设施的变革是实现大规模分布式系统的关键。本部分聚焦于如何将网络配置、管理和安全策略转化为可编程、可自动化的软件流程。软件定义网络（SDN）的核心原理：详述控制平面与数据平面的分离理念。深入分析OpenFlow协议的机制、控制器（如ONOS, OpenDaylight）的设计模式，以及如何通过集中式控制实现全局网络优化和快速故障恢复。网络功能虚拟化（NFV）：探讨将传统网络设备（如防火墙、负载均衡器）转化为运行在通用硬件上的虚拟网络功能（VNF）。分析其生命周期管理（LCM）和MANO（管理与编排）框架，强调其在电信云和企业私有云中的应用价值。基础设施即代码（IaC）与自动化运维：详细介绍使用Ansible, Terraform, Puppet等工具进行基础设施声明式配置的方法。讲解状态管理、幂等性原则在自动化流程中的重要性，并探讨如何集成CI/CD流水线以实现基础设施的持续交付和治理。第三部分：智能层面的渗透：AI/MLOps与数据驱动决策现代计算的终极目标之一是将数据转化为智能决策能力。本部分探讨了如何将人工智能和机器学习的模型开发、训练、部署和监控过程，纳入到软件定义的、自动化的工程体系中。机器学习模型的工程化挑战：分析从原型构建到生产部署（MLOps）过程中的关键瓶颈，包括特征工程的标准化、模型版本控制、数据漂移检测。分布式训练与推理框架：深入讲解TensorFlow Distributed、PyTorch Distributed等框架如何利用多GPU、多节点集群进行高效的并行训练。讨论模型量化、剪枝和知识蒸馏等优化技术，以适应边缘和嵌入式环境的推理需求。可信赖的AI（Trustworthy AI）：探讨模型的可解释性（XAI）、公平性评估以及隐私保护技术（如联邦学习、差分隐私）在软件层面的实现，确保智能系统在应用中的可靠性和合规性。第四部分：边缘计算与量子计算的展望本书的最后一部分着眼于计算的前沿地带，探讨软件定义范式将如何应对新的硬件挑战和计算需求。边缘计算的架构与挑战：剖析边缘计算相对于云计算的独特需求，包括低延迟、带宽受限和资源受限的特性。重点讨论轻量级容器技术（如Kata Containers）和云原生技术栈在边缘侧的适应性部署策略。微服务架构的下一站：探讨Service Mesh（如Istio, Linkerd）如何通过Sidecar代理模式，将服务间通信、安全、可观察性等治理逻辑从应用代码中解耦，进一步深化软件定义治理的理念。量子计算的编程模型：尽管仍处于早期阶段，本书仍对量子计算的潜力进行了概述。重点介绍量子比特的性质、量子逻辑门操作，以及Qiskit或Cirq等软件框架如何为未来的混合量子-经典计算做好准备。目标读者本书适合于希望从底层硬件架构原理深入理解现代云计算、分布式系统、DevOps实践，以及人工智能工程化的资深软件工程师、系统架构师、云计算平台开发者以及相关专业的高年级本科生和研究生。通过阅读本书，读者将建立起一个横跨硬件、网络、系统软件和智能应用的、统一且深刻的计算系统认知。

作者简介

Carl Hamacher　女皇大学电子与计算机工程系荣誉退休教授，曾担任女皇大学应用科学系主任，多伦多大学电子工程及计算机科学系教授、计算机系统研究所所长、工程科学部主席。他的研究兴趣是多处理器和多计算机，侧重于网络互连。

Zvonko Vranesic　多伦多大学电子与计算机工程系荣誉退休教授，曾参与Altera公司多伦多技术中心的研究和开发工作。他代表加拿大参加过多次国际象棋比赛，拥有国际象棋大师的头衔。他的研究兴趣是计算机体系结构、现场可编程VLSI技术和多值逻辑系统。

Safwat Zaky　多伦多大学电子与计算机工程系荣誉退休教授，并且曾担任该系系主任。他的研究兴趣是计算机体系结构、数字电路设计和电磁兼容性。

Naraig Manjikian　女皇大学电子与计算机工程系副教授，他的研究兴趣是计算机体系结构、多处理器系统、现场可编程VLSI技术和并行处理应用。

目录信息

译者序
前言
作者简介
第1章　计算机的基本结构 1
1.1　计算机的类型 1
1.2　功能部件 2
1.2.1　输入设备 3
1.2.2　存储器 3
1.2.3　运算器 4
1.2.4　输出设备 4
1.2.5　控制器 4
1.3　基本操作概念 4
1.4　数的表示及算术运算 6
1.4.1　整数 6
1.4.2　浮点数 11
1.5　字符表示 11
1.6　性能 12
1.6.1　技术 13
1.6.2　并行性 13
1.7　发展历程 13
1.7.1　第一代计算机 14
1.7.2　第二代计算机 14
1.7.3　第三代计算机 14
1.7.4　第四代计算机 14
1.8　结束语 15
1.9　问题解析 15
习题 16
参考文献 17
第2章　指令集体系结构 18
2.1　存储单元和地址 18
2.1.1　按字节寻址能力 19
2.1.2　大端和小端分配 20
2.1.3　字的对齐 20
2.1.4　访问数和字符 20
2.2　存储器操作 21
2.3　指令和指令序列 21
2.3.1　寄存器传送标记 21
2.3.2　汇编语言符号 22
2.3.3　RISC和CISC指令集 22
2.3.4　RISC指令集介绍 23
2.3.5　指令执行和线性序列 24
2.3.6　转移 25
2.3.7　生成存储器地址 26
2.4　寻址方式 26
2.4.1　变量和常数的实现 27
2.4.2　间接和指针 28
2.4.3　变址和数组 29
2.5　汇编语言 32
2.5.1　汇编指示 33
2.5.2　程序的汇编和执行 35
2.5.3　数的表示 36
2.6　堆栈 36
2.7　子程序 38
2.7.1　子程序嵌套及处理器堆栈 39
2.7.2　参数传递 39
2.7.3　堆栈的结构 42
2.8　其他指令 44
2.8.1　逻辑指令 44
2.8.2　移位和循环移位指令 45
2.8.3　乘法和除法 47
2.9　处理32位的立即值 47
2.10　CISC指令集 48
2.10.1　其他寻址方式 49
2.10.2　条件码 50
2.11　RISC和CISC风格 51
2.12　实例程序 52
2.12.1　向量点积程序 52
2.12.2　字符串搜索程序 53
2.13　机器指令的编码 54
2.14　结束语 56
2.15　问题解析 56
习题 59
第3章　基本输入/输出 63
3.1　访问I/O设备 63
3.1.1　I/O设备接口 64
3.1.2　程序控制I/O 64
3.1.3　一个RISC风格的I/O程序示例 67
3.1.4　一个CISC风格的I/O程序示例 67
3.2　中断 68
3.2.1　中断的允许与禁止 70
3.2.2　处理多台设备 71
3.2.3　控制I/O设备行为 72
3.2.4　处理器控制寄存器 73
3.2.5　中断程序示例 74
3.2.6　异常 78
3.3　结束语 79
3.4　问题解析 79
习题 83
第4章　软件 86
4.1　汇编过程 86
4.2　装载及执行目标程序 87
4.3　连接程序 88
4.4　库 88
4.5　编译器 88
4.5.1　编译器优化 89
4.5.2　组合不同语言编写的程序 89
4.6　调试器 90
4.7　使用高级语言实现输入/输出任务 90
4.8　汇编语言与C语言的交互 92
4.9　操作系统 95
4.9.1　引导程序 96
4.9.2　管理应用程序的执行 96
4.9.3　中断在操作系统中的使用 97
4.10　结束语 99
习题 99
参考文献 100
第5章　基本处理部件 101
5.1　一些基本概念 101
5.2　指令的执行 103
5.2.1　Load指令 103
5.2.2　算术及逻辑运算指令 104
5.2.3　Store指令 104
5.3　硬件组件 105
5.3.1　寄存器文件 105
5.3.2　ALU 106
5.3.3　数据通路 106
5.3.4　取指令部分 108
5.4　指令的读取和执行步骤 109
5.4.1　转移 111
5.4.2　等待存储器 113
5.5　控制信号 114
5.6　硬件控制 116
5.6.1　数据通路控制信号 117
5.6.2　存储器延迟的处理 118
5.7　CICS风格的处理器 118
5.7.1　使用总线实现互连 119
5.7.2　微程序控制 121
5.8　结束语 122
5.9　问题解析 122
习题 124
第6章　流水线 127
6.1　基本概念——理想情况 127
6.2　流水线结构 128
6.3　流水线问题 129
6.4　数据依赖性 129
6.4.1　操作数转发 129
6.4.2　用软件处理数据依赖性 130
6.5　存储器延迟 131
6.6　转移延迟 132
6.6.1　无条件转移 132
6.6.2　条件转移 133
6.6.3　转移延迟槽 133
6.6.4　转移预测 134
6.7　资源限制 136
6.8　性能评估 137
6.8.1　停顿和时间代价的影响 137
6.8.2　流水线的段数 138
6.9　超标量操作 139
6.9.1　转移和数据依赖性 140
6.9.2　无序执行 141
6.9.3　执行完成 141
6.9.4　调度操作 142
6.10　CISC处理器中的流水线 143
6.10.1　ColdFire处理器中的流水线 144
6.10.2　Intel处理器中的流水线 144
6.11　结束语 144
6.12　问题解析 145
习题 146
参考文献 148
第7章　输入/输出组织结构 149
7.1　总线结构 149
7.2　总线操作 150
7.2.1　同步总线 150
7.2.2　异步总线 152
7.2.3　电气考虑 154
7.3　总线仲裁 154
7.4　接口电路 156
7.4.1　并行接口 156
7.4.2　串行接口 159
7.5　互连标准 161
7.5.1　通用串行总线 162
7.5.2　火线 164
7.5.3　PCI总线 165
7.5.4　SCSI总线 168
7.5.5　SATA 169
7.5.6　SAS 169
7.5.7　PCI Express 169
7.6　结束语 170
7.7　问题解析 170
习题 172
参考文献 173
第8章　存储器系统 174
8.1　基本概念 174
8.2　半导体随机存储器 175
8.2.1　存储器芯片的内部组织结构 176
8.2.2　静态存储器 177
8.2.3　动态随机存储器 178
8.2.4　同步动态随机存储器 180
8.2.5　大容量存储器的结构 182
8.3　只读存储器 184
8.3.1　ROM 184
8.3.2　PROM 185
8.3.3　EPROM 185
8.3.4　EEPROM 185
8.3.5　闪存 186
8.4　直接存储器访问 186
8.5　存储器层次结构 188
8.6　高速缓存 189
8.6.1　映射功能 190
8.6.2　替换算法 193
8.6.3　映射技术的例子 194
8.7　性能因素 196
8.7.1　命中率和失效开销 196
8.7.2　处理器芯片上的高速缓存 198
8.7.3　其他改进 198
8.8　虚拟存储器 200
8.9　存储器管理需求 203
8.10　辅助存储器 204
8.10.1　磁盘 204
8.10.2　光盘 208
8.10.3　磁带系统 211
8.11　结束语 212
8.12　问题解析 212
习题 215
参考文献 217
第9章　算术运算 218
9.1　有符号数加减法 218
9.2　快速加法器设计 220
9.3　无符号数乘法 224
9.3.1　阵列乘法器 224
9.3.2　顺序电路乘法器 225
9.4　有符号数乘法 227
9.5　快速乘法 229
9.5.1　乘数位偶重编码 229
9.5.2　求和项的进位保留加法 229
9.5.3　使用3-2简化器的求和项加法树 231
9.5.4　使用4-2简化器的求和项加法树 233
9.5.5　快速乘法总结 234
9.6　整数除法 234
9.7　浮点数及其运算 236
9.7.1　浮点数算术运算 238
9.7.2　保护位与截取 239
9.7.3　浮点操作的实现 240
9.8　十进制数到二进制数的转换 242
9.9　结束语 242
9.10　问题解析 243
习题 245
参考文献 248
第10章　嵌入式系统 249
10.1　嵌入式系统实例 249
10.1.1　微波炉 249
10.1.2　数码照相机 251
10.1.3　家用遥测技术 252
10.2　嵌入式应用中的微控制器芯片 252
10.3　一个简单的微控制器 253
10.3.1　并行I/O接口 253
10.3.2　串行I/O接口 256
10.3.3　计数器/定时器 256
10.3.4　中断控制机制 258
10.3.5　编程实例 258
10.4　反应定时器——?一个完整的实例 261
10.5　传感器与执行器 264
10.5.1　传感器 264
10.5.2　执行器 266
10.5.3　应用实例 266
10.6　微控制器系列 267
10.6.1　基于Intel 8051的微控制器 268
10.6.2　Freescale微控制器 268
10.6.3　ARM微控制器 269
10.7　设计问题 269
10.8　结束语 271
习题 271
参考文献 273
第11章　片上系统——案例研究 274
11.1　FPGA的实现 274
11.1.1　FPGA器件 275
11.1.2　处理器的选择 275
11.2　计算机辅助设计工具 275
11.3　闹钟示例 279
11.3.1　系统的用户视图 279
11.3.2　系统的定义和生成 279
11.3.3　电路实现 281
11.3.4　应用软件 281
11.4　结束语 287
习题 287
参考文献 288
第12章　并行处理及性能 289
12.1　硬件多线程 289
12.2　向量（SIMD）处理 290
12.3　共享存储器的多处理器 292
12.4　高速缓存一致性 295
12.4.1　直接写协议 295
12.4.2　写回协议 296
12.4.3　监听高速缓存 296
12.4.4　基于目录的高速缓存一致性 297
12.5　消息传递多计算机 298
12.6　多处理器并行编程 298
12.7　性能建模 300
12.8　结束语 301
习题 301
参考文献 302
附录A　逻辑电路 303
附录B　Altera Nios II处理器 344
附录C　ColdFire处理器 371
附录D　ARM处理器 397
附录E　Intel IA-32体系结构 431
索引 461
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

作为一名在嵌入式领域摸爬滚打多年的工程师，经常会遇到一些性能瓶颈或者功耗优化问题，《计算机组成与嵌入式系统（原书第6版）》这本书中的“性能评估”和“功耗管理”章节，给了我很多启发。书中对各种性能指标的定义和计算方法，例如CPI（每条指令的时钟周期数）、IPC（每时钟周期的指令数）等，都讲解得非常透彻，并且给出了实际的案例分析，让我能够更科学地评估不同架构和算法的性能。我尤其看重的是书中对于“功耗分析”的讨论，它不仅介绍了不同功耗的来源（动态功耗、静态功耗），还详细阐述了各种降低功耗的技术，比如时钟门控、动态电压频率调整（DVFS）、低功耗模式等。这些技术在实际的嵌入式产品开发中，对于延长电池寿命和降低发热至关重要。书中还结合了实际的应用场景，比如物联网设备、移动通信设备等，来探讨如何在性能和功耗之间取得平衡，这一点对我来说非常有价值。它让我意识到，一个优秀的嵌入式系统设计，绝不仅仅是实现功能，更要兼顾效率和经济性。这本书提供的理论框架和实践指导，让我在面对复杂的系统设计挑战时，有了更系统、更全面的考量。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对计算机硬件充满好奇的业余爱好者，一直想深入了解计算机是如何从最基本的逻辑门电路构建起来的，直到我读了《计算机组成与嵌入式系统（原书第6版）》。这本书在介绍“逻辑电路基础”部分做得非常棒，它没有直接跳到复杂的组合逻辑和时序逻辑，而是从最基础的“与、或、非”门开始，一步步构建起半加器、全加器，再到ALU（算术逻辑单元）。作者用非常形象的语言，比如把ALU比作计算机的“计算器”，解释了它如何处理加减乘除等基本运算。让我惊喜的是，书中还花了不少篇幅讲解了“存储器单元”是如何通过触发器等基本元件构成的，比如SR触发器、D触发器，以及如何用它们来构建锁存器和寄存器。这种从“零”开始的讲解方式，对于我这种没有深厚电子工程背景的人来说，简直是福音。它让我能够理解，那些看起来非常高深的技术，其实都是由最简单的基本原理构建起来的。而且，书中还涉及了总线结构和I/O接口的知识，让我对计算机各个组件之间如何协同工作有了初步的了解。这本书极大地满足了我对计算机内部工作原理的好奇心。

评分☆☆☆☆☆

这本《计算机组成与嵌入式系统（原书第6版）》着实让我大开眼界，对于我这个刚入门的菜鸟来说，简直是打开了新世界的大门。最让我印象深刻的是书中对于处理器架构的讲解，它没有一开始就抛出枯燥的指令集和时序图，而是循序渐进地引入了冯·诺依曼模型，并详细阐述了指令流水线、缓存等概念。作者用非常生动的比喻，比如把CPU比作一个高效的生产车间，指令流水线则是流水线上的工人，每个人负责一个环节，这样整个生产效率就能大大提高。而且，书中对不同类型的指令集（CISC vs. RISC）的对比分析，也让我对现代处理器的设计哲学有了更深的理解。它不仅仅是罗列概念，而是深入剖析了它们背后的权衡和设计思路，比如RISC指令集为什么在嵌入式领域如此受欢迎，以及它在功耗和性能上的优势。更难得的是，书中还穿插了大量的实际案例，通过分析一些经典处理器（虽然没明说具体型号，但能感受到是业界的代表作）的设计，让这些抽象的概念变得具体可感。阅读过程中，我感觉自己不仅仅是在背诵知识点，而是在学习如何思考计算机的底层原理，如何从宏观到微观理解一个系统的运作。这种系统性的、由浅入深的讲解方式，对于初学者来说，无疑是巨大的福音。

评分☆☆☆☆☆

我是一名有一定工作经验的软件工程师，这次选择《计算机组成与嵌入式系统（原书第6版）》的电子版，主要是想巩固一下在嵌入式开发过程中遇到的理论知识盲点。不得不说，这本书在“嵌入式系统”这个方向上的深度和广度都超乎我的预期。它不仅仅停留在硬件接口层面，而是将微控制器（MCU）的内部结构，如CPU核心、内存控制器、中断控制器、DMA控制器等，都进行了非常详细的剖析。我特别喜欢其中关于中断处理和实时操作系统的章节，作者对中断向量表、中断优先级、上下文切换等概念的解释，结合实际的嵌入式应用场景，非常到位。我之前在调试一个实时性要求很高的项目时，对中断延迟问题一直很困扰，这本书提供的理论框架和分析方法，让我茅塞顿开，找到了问题的根源。此外，书中对于嵌入式系统中常见的存储器技术（如SRAM, DRAM, Flash）的介绍，以及它们在嵌入式设备中的应用和优缺点对比，也让我受益匪浅。它帮助我理解了为什么在不同的嵌入式应用中会选择不同的存储方案。总的来说，这本书为我提供了一个扎实的理论基础，让我在面对复杂的嵌入式问题时，能够更有条理、更深入地去分析和解决。

评分☆☆☆☆☆

作为一名大学计算机科学专业的学生，我在学习过程中接触过不少关于计算机体系结构的教材，但《计算机组成与嵌入式系统（原书第6版）》给我留下了非常深刻的印象，尤其是其在“数据通路”和“控制单元”部分的处理方式。它没有像某些教材那样，上来就画一堆复杂的逻辑门电路图，而是通过对指令执行过程的分解，逐步引入数据通路和控制信号的产生。作者用一种非常有条理的方式，将一条指令从取指、译码、执行到写回的整个流程，拆解成一系列精细的步骤，并且清晰地展示了数据在各个寄存器和功能单元之间如何流动，以及在这个过程中，控制单元是如何发出相应的控制信号来协调这一切的。我尤其喜欢书中关于“微程序控制”和“硬布线控制”的对比讲解，这让我更直观地理解了两种控制方式的优缺点，以及它们在不同处理器设计中的应用。而且，书中在讲解过程中，经常穿插一些“思考题”和“讨论题”，这些题目往往不是简单地考察概念记忆，而是引导我们去思考设计的取舍和优劣，这对于培养我的批判性思维和解决问题的能力非常有帮助。这本书让我对计算机的“大脑”是如何工作的，有了更清晰、更系统、更深入的认识。

评分☆☆☆☆☆

我译的那几章看起来还挺正常的...一定是幻觉

评分☆☆☆☆☆

我译的那几章看起来还挺正常的...一定是幻觉

评分☆☆☆☆☆

英文版讲的还行，比软硬件接口和stalling讲的详细，字多，编排稍微有点乱，很适合自学

评分☆☆☆☆☆

我译的那几章看起来还挺正常的...一定是幻觉

评分☆☆☆☆☆

英文版讲的还行，比软硬件接口和stalling讲的详细，字多，编排稍微有点乱，很适合自学