Fundamentals of Computer Organization and Architecture pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Abd-El-barr, Mostafa/ El-Rewini, Hesham

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2004-12

价格:1081.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471467410

丛书系列:

图书标签:

• 设计
• 计算机
• 建筑
• 计算机组织与体系结构
• 计算机体系结构
• 计算机硬件
• 数字逻辑
• 汇编语言
• 计算机系统
• 底层原理
• 处理器
• 存储器
• 输入输出

好的，这是一本关于计算机组织与体系结构基础的图书简介，旨在涵盖该领域的核心概念，同时避免提及您提到的特定书名。 --- 图书名称：数字系统设计与现代计算基础 图书简介 在当今的数字化时代，理解计算机系统的底层运作机制已不再是少数专业人士的专属技能，而是每一位希望深入探索信息技术领域的人士的必备知识。本书《数字系统设计与现代计算基础》旨在为读者构建一个全面且深入的计算机系统基础框架，从最基本的逻辑门操作，到复杂处理器的架构设计，再到内存层次结构和输入/输出（I/O）系统的运作原理，提供一个严谨而实用的学习路径。 核心内容与结构 本书的结构设计遵循从基础到高级的逻辑递进顺序，确保读者能够逐步建立起对计算机体系结构的深刻理解。 第一部分：二进制基础与数字逻辑 本部分是构建计算机理解的基石。我们将从信息论的视角出发，探讨数字表示的本质。内容涵盖二进制、八进制和十六进制系统，以及它们在计算机内部如何被用来编码数据和指令。随后，我们将深入讲解布尔代数，这是现代数字电路的数学基础。 重点内容包括： 逻辑门与组合电路： 详细分析与门、或门、非门、异或门等基本逻辑门的特性，以及如何使用这些门来构建更复杂的组合逻辑电路，如加法器、译码器和多路复用器。 时序逻辑电路： 探讨存储单元的概念，包括触发器（如SR、D、JK触发器）和锁存器。我们将阐述如何利用时序逻辑构建寄存器和计数器，这是实现状态存储和顺序控制的关键组件。 可编程逻辑器件（PLD）： 简要介绍可编程逻辑阵列（PLA）和现场可编程门阵列（FPGA）的基本原理，展示如何将理论电路转化为实际可实现的硬件结构。 第二部分：指令集架构（ISA）与处理器设计 在掌握了底层逻辑之后，本书将转向计算机系统的“大脑”——中央处理器（CPU）。我们将首先探讨指令集架构（ISA），这是软件与硬件之间的契约。 指令集的类型与操作： 深入分析不同类型的指令集，如精简指令集计算（RISC）和复杂指令集计算（CISC）的设计哲学及其对性能的影响。详细讲解数据传输、算术逻辑运算、控制流转移等指令的格式和执行过程。 数据通路设计： 详细描绘指令从取指到执行的整个流程。我们将构建一个基础的单周期数据通路模型，并分析其在执行不同指令时的运作方式。 控制单元： 讲解如何设计控制单元以协调数据通路中的各个组件。内容涵盖硬布线控制与微程序控制的设计方法，理解它们各自的优缺点和适用场景。 流水线技术： 这是提高处理器性能的关键技术。我们将详细剖析指令流水线的基本结构、操作周期，并重点讨论如何识别和解决结构冲突、数据冲突和控制冲突（如分支延迟），以及采用转发（Bypass）和分支预测等技术来缓解这些问题。 第三部分：存储系统与内存层次结构 现代计算机性能的瓶颈往往不在于CPU的速度，而在于数据获取的速度。本部分致力于揭示存储系统的复杂性和优化策略。 存储器的基础： 介绍不同类型的存储技术，包括易失性存储器（如SRAM和DRAM）和非易失性存储器（如闪存）。 内存层次结构： 深入探讨寄存器、高速缓存（Cache）、主存（RAM）和辅助存储器（硬盘/固态硬盘）之间的层级关系。我们将重点分析局部性原理（时间局部性和空间局部性）是如何指导缓存系统设计的。 高速缓存映射与替换策略： 详细解释直接映射、全相联映射和组相联映射的工作原理。同时，介绍LRU、FIFO等缓存替换算法，以及写分配和写回策略对系统性能的影响。 虚拟内存： 阐述虚拟内存系统的必要性，包括地址翻译过程（页表、TLB的作用），以及缺页中断的处理机制。 第四部分：系统互连与I/O系统 计算机的各个组件需要高效地相互通信。本部分关注系统总线、总线仲裁以及输入/输出（I/O）系统的设计。 总线结构： 分析系统总线的组成（地址总线、数据总线、控制总线）和工作方式。讨论同步总线和异步总线的设计。 I/O接口与中断： 介绍I/O设备与CPU之间的交互方式，包括程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）。深入讲解中断处理机制，这是系统响应外部事件的核心。 外设接口： 简要介绍串行通信和并行通信的基本概念，以及现代存储设备（如SATA, NVMe）的接口特点。 本书的特色 本书的叙述风格力求清晰、严谨，并注重理论与实践的结合。我们不仅提供了详尽的理论推导，还辅以大量精心设计的图示、表格和具体的案例分析，尤其是在处理器流水线和缓存命中率计算方面。通过学习本书，读者将能够独立分析和评估不同计算体系结构的设计决策，为未来在高性能计算、嵌入式系统或计算机架构研究领域的发展打下坚实的基础。 无论您是计算机科学专业的学生，还是希望从应用层面迈向系统底层理解的工程师，本书都将为您揭示现代计算设备运行背后的深刻原理。

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拿到这本书的初版时，我首先被它扎实的理论基础和对底层硬件细节的深度剖析所吸引。全书的脉络清晰，从最基础的数字逻辑门开始，层层递进地探讨了指令集架构、数据通路设计以及存储器层级结构。作者在讲解复杂概念时，总能找到非常贴切的比喻，使得那些原本抽象的电子学和计算机体系结构知识变得生动易懂。尤其值得称赞的是，书中对不同CPU设计范式的对比分析，比如RISC与CISC的优劣势辩论，远超出了教科书式的简单罗列，而是深入到历史背景和工程权衡的层面，让人对现代计算机系统的演进有了更深刻的理解。阅读过程中，我发现作者对于如何优化指令流水线和缓存一致性问题的阐述极为精妙，特别是针对多核处理器带来的并发挑战，提供了不少业界前沿的视角。尽管内容密度非常高，但通过大量的图表和精选的案例研究，保证了学习的连贯性。这本书无疑是为那些希望深入理解计算机“心脏跳动”的工程师和学生量身打造的宝典，它为你揭示了软件与硬件交汇点上最核心的秘密。

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作为一本技术参考书，我发现它最大的优点在于其百科全书式的广度与深度兼备。它不仅仅局限于CPU的核心，而是将存储器、输入/输出、并行处理等各个子系统作为一个紧密耦合的整体来考察。例如，在讲解虚拟内存管理时，作者不仅描述了页表结构，还详细分析了TLB（转换后援缓冲器）的硬件实现对系统整体延迟的影响，这种将软件抽象与其底层硬件实现细节紧密联结的写法，是极其高明的。我尤其欣赏作者在描述并发控制和内存模型时的清晰度，这些都是现代多线程编程中最容易出错的部分，而这本书提供了非常扎实的理论依据来指导正确的编程实践。虽然部分章节的图示清晰度有待提高，需要读者自行在草稿纸上重新绘制才能完全理清数据流向，但这反倒成了一种积极的互动过程。它迫使读者不能只是被动地接受信息，而是要主动参与到对系统逻辑的构建中去，最终形成的理解远比被动阅读要深刻得多。

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我更倾向于将这本书视为一本架构师的工具手册，而非纯粹的教材。它的价值在于它为复杂系统的设计提供了一个坚实而全面的参照系。书中关于I/O系统的讲解，尤其是在中断处理和外设接口标准方面的论述，展现了作者极强的工程实践经验。他没有停留在理论层面，而是通过具体硬件模块的实现细节，展示了在资源受限的环境下如何做出最优的性能和成本权衡。我特别喜欢它在讨论性能瓶颈时所采用的系统化方法论——如何利用性能计数器来诊断瓶颈，以及如何根据缓存未命中率来指导硬件优化。这本书的价值在于它提供了一种“自上而下”和“自下而上”双重视角的融合。读完后，你在阅读任何关于高性能计算或嵌入式系统设计文档时，都会自然而然地带入一种对底层约束的深刻理解。对于希望在硬件描述语言或FPGA设计领域深耕的人来说，这本书提供的架构蓝图是无可替代的起点。

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这本书的排版和内容组织方式，坦白说，初看之下有些令人望而生畏，它不像市面上那些轻快的入门读物那样追求轻松愉快的阅读体验，而是带着一股严谨的学术气息。对于一个初涉计算机科学领域的读者来说，其中关于时序逻辑和微程序设计的章节，绝对是一场严峻的考验。我不得不承认，很多地方我需要反复研读，甚至需要借助外部资料来辅助理解那些深奥的公式和符号推导。然而，一旦你坚持下来，那种“豁然开朗”的感觉是其他书籍无法比拟的。它强迫你从最基本的比特流层面去思考程序是如何被执行的，这种训练对于培养系统级的思维至关重要。书中关于总线仲裁和DMA控制器的描述，那种近乎于冷酷的工程精确性，让人肃然起敬。这本书的目的似乎不是让你快速“学会”写代码，而是让你真正“明白”代码运行的物理基础是什么。如果你追求的是一种对计算本质的终极探究，那么这种“硬核”的风格恰恰是它的核心价值所在。

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这本书的叙事风格显得有些老派，但正是这种不变的严谨性，保证了其内容的持久生命力。它仿佛一本穿越了数十年技术迭代的“圣经”，虽然某些特定的技术案例可能略显陈旧，但其阐述的核心原理——比如冯·诺依曼瓶颈的不可避免性、存储器层次结构的必然性——依然是当代云计算和边缘计算架构的基石。作者的写作节奏把握得非常稳定，很少出现为了吸引眼球而引入的“花哨”内容，一切都围绕着如何精确地描述计算机是如何将电信号转化为信息的物理过程。我对书中关于指令集复杂度和编译器优化之间关系的那一章印象深刻，它清晰地描绘了软件工程如何反向塑造硬件的设计决策。虽然市面上充斥着大量关于最新架构的炒作性书籍，但这本书沉稳地回归到了计算机科学的根本：如何用最少的资源完成最多的计算任务。它要求读者有足够的耐心去消化这些经典知识，但回报是极其丰厚的——你将建立起一个不会被技术潮流轻易动摇的知识体系。

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