Structured Computer Organization

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出版者:Prentice Hall
作者:Andrew S Tanenbaum
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2005-09-28
价格:0
装帧:Paperback
isbn号码:9781405825092
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机组织
  • 计算机体系结构
  • 数字逻辑
  • 汇编语言
  • 计算机系统
  • 硬件设计
  • 数据结构
  • 操作系统
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  • 嵌入式系统
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具体描述

《数字世界之旅:计算的内在脉络》 本书将带领读者踏上一段探索数字世界核心奥秘的旅程,深入剖析支撑现代计算的基石——计算机的结构与组织。我们将从最基本的逻辑门开始,逐步构建起理解复杂计算系统的能力。 第一部分:逻辑基础与数字运算 旅程始于对二进制世界的认知,理解0和1如何构筑起万物。我们将深入探讨布尔代数,学习其运算规则如何映射到电路设计中。接着,我们将认识组合逻辑电路,了解它们如何实现加法、减法、比较等基本算术运算,以及门电路(如AND、OR、NOT、XOR)在其中的核心作用。半加器、全加器、多路选择器、译码器等基础模块的构建,将为我们理解更高级的单元奠定基础。 第二部分:存储单元与时序逻辑 一旦掌握了基本的逻辑运算,我们将转向数据存储的原理。本书将介绍触发器(如SR触发器、D触发器)作为最基本的存储单元,它们是构建记忆体的基石。我们将进一步探索寄存器、移位寄存器以及计数器,理解它们如何存储和处理序列化的数据。时序逻辑电路的引入至关重要,我们将学习时钟信号的作用,以及如何设计状态机,使电路能够按照预设的顺序执行操作,实现诸如顺序控制、状态转换等功能。 第三部分:指令集架构(ISA)与中央处理器(CPU) 本部分将聚焦于计算机的大脑——中央处理器(CPU)。我们将详细阐述指令集架构(ISA),这是CPU能够理解和执行的命令集合。我们会分析不同类型的指令,包括数据传输、算术逻辑运算、控制流(跳转、分支)等,并探讨各种寻址模式。随后,我们将深入CPU的内部结构,了解其核心组件,如程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器、算术逻辑单元(ALU)、通用寄存器组以及控制单元。我们将详细剖析指令执行的几个关键阶段:取指令、指令译码、执行、内存访问和写回。 第四部分:存储器层次结构与I/O系统 一个强大的CPU离不开高效的存储器支持。我们将探讨存储器层次结构,从速度最快但容量最小的寄存器,到高速缓存(Cache),再到主存储器(RAM),以及容量巨大但速度较慢的辅助存储(如硬盘)。我们将深入理解缓存的命中率、冲突、写策略等关键概念,以及它们如何影响程序的执行效率。此外,我们还将关注输入/输出(I/O)系统,了解设备控制器如何作为CPU与外部设备(如键盘、显示器、硬盘)之间的接口,以及中断和DMA(直接内存访问)等机制如何实现高效的数据传输。 第五部分:计算机系统设计与性能优化 在掌握了各个组成部分后,我们将把它们整合起来,从宏观层面审视整个计算机系统的设计。我们将探讨不同类型的计算机体系结构,如RISC(精简指令集计算机)与CISC(复杂指令集计算机)的优劣,以及流水线技术如何通过重叠执行指令的不同阶段来提高CPU的吞吐量。本书还将讨论并行处理的概念,如多核处理器和超线程技术,以及它们如何进一步提升计算能力。最后,我们将触及性能评估和优化的方法,理解如何通过分析瓶颈、改进算法和代码来榨取硬件的最大潜力。 通过本书的学习,读者将不再满足于仅仅“使用”计算机,而是能够深入理解其“如何工作”。无论是对计算机科学专业的学生,还是对计算机技术充满好奇的爱好者,本书都将提供一个清晰、系统且深入的视角,帮助您解锁数字世界的奥秘,成为一名更具洞察力的技术探索者。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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《Structured Computer Organization》这本书给予了我一个非常宝贵的视角,让我能够从最根本的层面去理解计算机是如何工作的。作者以一种非常系统和深入的方式,从数字逻辑的基础开始,一步步构建起一个完整的计算机系统。我特别赞赏作者在讲解CPU设计时,对数据通路和控制单元的细致阐述。他详细介绍了如何通过总线将ALU、寄存器、内存等部件连接起来,形成一个高效的数据处理管道。我对CPU指令周期的分析,可以说是这本书中最具启发性的部分之一。作者通过详细的图示和文字,展示了指令是如何被获取、解码、执行、访存以及写回的。这种对指令执行过程的深入剖析,让我对计算机的“思考”过程有了前所未有的清晰认识。更让我着迷的是,作者还探讨了CPU流水线技术,以及如何通过提高指令级别的并行性来提升性能。他对流水线中可能出现的各种“冒险”,比如数据冒险、控制冒险、结构冒险,以及解决这些问题的巧妙方法,如转发(forwarding)、流水线停顿(stalling)、分支预测(branch prediction)的讲解,都非常深入和透彻。这些技术让我明白了现代高性能CPU是如何通过精巧的设计来克服物理限制,提高执行效率的。此外,本书对存储器系统的讲解也十分精彩。作者不仅仅是简单地介绍RAM和ROM,而是深入探讨了存储器层次结构,如高速缓存(Cache)的作用和工作原理。他详细解释了缓存的映射方式、替换策略以及写策略。这些内容对于理解现代计算机性能至关重要,也让我明白了为什么某些程序运行得更快,而另一些则相对较慢。总而言之,这本书为我提供了一个关于计算机系统运作原理的完整知识体系,它不仅仅是学习知识,更是一种提升思维能力的过程。

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《Structured Computer Organization》这本书的强大之处在于它能够让你看到计算机系统的“骨骼”和“血肉”是如何构建起来的。从一开始最基础的逻辑电路,到如何设计出能执行指令的处理器,再到内存系统、I/O接口,它都提供了一个非常详尽且连贯的视角。我尤其欣赏作者在讲解CPU设计时,对控制单元和数据通路的处理方式。他详细介绍了硬布线控制和微程序控制这两种不同的控制方法,并对比了它们的优缺点。硬布线控制的效率和微程序控制的灵活性,在作者的讲解下,仿佛就呈现在眼前,我甚至能想象出信号如何在电路中流动,指挥着各个功能单元的运作。数据通路的设计也是本书的一大亮点,作者展示了如何通过总线将ALU、寄存器、内存等部件连接起来,形成一个高效的数据处理管道。他对不同指令执行过程中数据流动的分析,让我对“指令周期”有了非常直观的理解。例如,加载指令需要从内存中读取数据,这个过程涉及内存访问和数据通路中的传输,而加法指令则是在ALU中完成运算。这些细节的呈现,让我对计算机的执行过程有了深刻的洞察。书中关于存储器系统的章节也非常出色,它不仅仅是简单地介绍RAM和ROM,而是深入探讨了存储器层次结构,如高速缓存(Cache)的作用和工作原理。作者详细解释了缓存的映射方式(直接映射、组相联映射、全相联映射),以及替换策略(LRU、FIFO),这些内容对于理解现代计算机性能至关重要。他对缓存命中率的提升策略的分析,也让我认识到,即使是最基础的硬件设计,也充满了优化和取舍。总的来说,这本书提供了一个非常全面的框架,帮助我理解计算机系统是如何通过层层抽象和模块化设计,最终实现复杂的计算功能,这种系统性的讲解方式,让我受益匪浅。

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阅读《Structured Computer Organization》的体验,就像是在探索一个宏大的数字王国,而这本书则为你提供了一张详尽的地图和一套专业的工具。作者的讲解方式极其有条理,从最基础的逻辑门,一步步构建出复杂的处理器,再到整个计算机系统的组成部分,都展现了严谨的逻辑性和清晰的思路。我特别惊叹于作者在讲解指令集架构(ISA)时,那种细致入微的程度。他不仅介绍了各种指令的类型,比如数据处理指令、控制流指令,还深入到指令的二进制编码格式,以及它们如何被CPU解码和执行。这种从高级抽象到具体实现的转化,让我对计算机的工作方式有了非常直观的认识。而对CPU流水线技术的深入剖析,更是本书的精华所在。作者详细讲解了流水线如何通过将指令的执行过程分解为多个阶段,并让不同的指令在不同的阶段同时进行,从而极大地提高了处理器的吞吐量。他对流水线中可能出现的各种“冒险”——数据冒险、控制冒险、结构冒险——以及解决这些问题的各种技术,如转发(forwarding)、流水线停顿(stalling)、分支预测(branch prediction)和延迟槽(delayed branch)的讲解,都非常透彻。我花费了大量时间去理解这些概念,而这本书用精炼的语言和清晰的图示,让这些复杂的技术变得易于掌握。此外,作者在讲解存储器系统时,对缓存(Cache)的介绍也极其到位。他详细阐述了缓存的工作原理,包括缓存的结构、映射方式、替换算法以及写策略。这些内容对于理解现代计算机的性能至关重要,它让我明白,看似简单的内存访问,背后却有着复杂的设计和优化。这本书让我对计算机系统的整体架构有了更全面、更深入的认识,它不仅传授了知识,更培养了一种系统性的思维方式,这种收获是难以估量的。

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这本书简直是计算机系统结构领域的一本圣经!当我翻开它的时候,我就知道我找对了地方。作者用一种非常系统、有条理的方式,将计算机从最基础的逻辑门,一步步构建成我们今天所知的复杂系统,整个过程就像在拆解一个精密的机器,每一步都清晰可见,毫不含糊。一开始,作者从数字逻辑的基础讲起,如何用门电路实现加法、减法,再到更复杂的运算单元,这些基础知识虽然在其他书中可能也见过,但在这里,它们被赋予了生命,与整个计算机架构紧密相连,让我对“计算”这个概念有了前所未有的深刻理解。然后,章节过渡到指令集架构(ISA),这部分尤其精彩。作者详细阐述了不同类型的指令,如数据传输、算术逻辑运算、控制流等,并分析了它们如何映射到硬件实现。RISC与CISC的对比分析尤其令人印象深刻,我一直对这两种架构的区别感到好奇,而这本书用严谨的论证和清晰的图示,让我彻底明白了它们的设计哲学和权衡。更让我惊喜的是,作者还深入探讨了流水线技术,这是提高处理器性能的关键。他一步步讲解了指令流水线的各个阶段,如取指令、译码、执行、访存、写回,以及可能遇到的冒险(数据冒险、控制冒险、结构冒险)和解决办法。这些理论知识结合书中丰富的实例,使得理解起来不再是枯燥的文字,而是生动的技术演进史。我特别喜欢作者在讲解CPU设计时,会引入大量类比,将复杂的概念变得通俗易懂,比如用交响乐团来比喻CPU的各个部件如何协同工作,这种方式极大地降低了学习门槛,让即使是初学者也能快速抓住核心要点。整体而言,这本书给我带来的不只是一堆技术知识,更是一种对计算机底层原理的敬畏和对工程设计智慧的赞叹,它让我彻底摆脱了“黑箱”式的理解,学会了从最根本的层面去思考和分析计算机系统。

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《Structured Computer Organization》这本书最让我赞赏的一点是,它能够让你从一个非常宏观的视角,审视计算机系统的整体架构,然后再深入到每一个细节,进行细致的剖析。作者的逻辑非常清晰,他先从计算机的“是什么”开始,比如指令集架构(ISA)在整个系统中的地位,然后逐步深入到“如何实现”,比如CPU的内部结构、内存管理、输入输出设备等。对我而言,最受启发的是关于CPU流水线的部分。作者详细介绍了流水线如何通过将指令的执行过程分解成多个阶段,然后让不同的指令在不同的阶段同时执行,从而提高吞吐量。他特别关注了流水线中可能出现的各种“冒险”问题,以及解决这些问题的巧妙方法,比如数据相关冒险通过转发(forwarding)或流水线停顿(stalling)来解决,控制冒险则通过分支预测和延迟槽(delayed branch)来缓解。这些技术的讲解,让我对现代处理器的高性能有了更深刻的理解,它不是凭空而来的,而是无数工程智慧的结晶。此外,本书对存储器层次结构,特别是缓存(Cache)的讲解也十分精彩。作者不仅解释了缓存的基本工作原理,如块(block)、缓存行(cache line)、缓存命中(cache hit)、缓存未命中(cache miss),还深入探讨了不同的缓存映射方式(直接映射、组相联、全相联)和替换算法(LRU、FIFO),以及写策略(write-through、write-back)。这些内容对于理解如何最大化内存访问效率至关重要,也让我明白了为什么某些程序运行得更快,而另一些则相对较慢。这本书不仅仅是一本技术书籍,更是一门关于如何系统思考和解决问题的课程,它让我学会了如何从整体到局部,再从局部回到整体,去理解和设计复杂的计算机系统,这种学习方法对我非常有益。

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这本书最让我感到惊艳的是它能够将计算机系统这样一个复杂的概念,以一种极其清晰、有条理的方式呈现在读者面前。作者从最基础的数字逻辑门开始,一步步构建出更复杂的逻辑功能单元,然后过渡到指令集架构(ISA),再到CPU的内部设计,最后延伸到存储器系统、输入输出设备等。我对CPU流水线技术的讲解印象最为深刻。作者详细介绍了流水线如何通过将指令的执行过程分解为多个阶段,并让不同的指令在不同的阶段同时进行,从而极大地提高了处理器的吞吐量。他细致地分析了流水线中可能出现的各种“冒险”——数据冒险、控制冒险、结构冒险——以及解决这些问题的各种技术,比如转发(forwarding)、流水线停顿(stalling)、分支预测(branch prediction)和延迟槽(delayed branch)。这些技术的讲解,让我对现代处理器的高性能有了更深刻的理解,它不是凭空而来的,而是无数工程智慧的结晶。我曾花了很多时间去研究CPU的工作原理,而这本书以一种系统性的方式,将这些知识点融会贯通,让我对计算机内部的运行机制有了更深层次的认识,可以说,它彻底改变了我对计算机硬件的理解方式。此外,作者对存储器系统的讲解也十分出色。他详细阐述了存储器层次结构,特别是缓存(Cache)的作用和工作原理。他详细解释了缓存的映射方式、替换策略以及写策略。这些内容对于理解现代计算机性能至关重要,也让我明白了为什么某些程序运行得更快,而另一些则相对较慢。总而言之,这本书为我提供了一个关于计算机系统运作原理的完整知识体系,它不仅仅是学习知识,更是一种提升思维能力的过程,这种收获是难以估量的。

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《Structured Computer Organization》这本书的魅力在于它能够让你在理解计算机系统的每一个细节的同时,不失对整体架构的把握。作者的讲解方式非常系统和全面,从最基础的数字逻辑门电路,一步步构建出更复杂的逻辑功能单元,然后过渡到指令集架构(ISA),再到CPU的内部设计,最后延伸到存储器系统、输入输出设备等。我对CPU流水线技术的讲解印象最为深刻。作者详细介绍了流水线如何通过将指令的执行过程分解为多个阶段,并让不同的指令在不同的阶段同时进行,从而极大地提高了处理器的吞吐量。他细致地分析了流水线中可能出现的各种“冒险”——数据冒险、控制冒险、结构冒险——以及解决这些问题的各种技术,比如转发(forwarding)、流水线停顿(stalling)、分支预测(branch prediction)和延迟槽(delayed branch)。这些技术的讲解,让我对现代处理器的高性能有了更深刻的理解,它不是凭空而来的,而是无数工程智慧的结晶。我曾花了很多时间去研究CPU的工作原理,而这本书以一种系统性的方式,将这些知识点融会贯通,让我对计算机内部的运行机制有了更深层次的认识,可以说,它彻底改变了我对计算机硬件的理解方式。此外,作者对存储器系统的讲解也十分出色。他详细阐述了存储器层次结构,特别是缓存(Cache)的作用和工作原理。他详细解释了缓存的映射方式、替换策略以及写策略。这些内容对于理解现代计算机性能至关重要,也让我明白了为什么某些程序运行得更快,而另一些则相对较慢。总而言之,这本书为我提供了一个关于计算机系统运作原理的完整知识体系,它不仅仅是学习知识,更是一种提升思维能力的过程,这种收获是难以估量的。

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这本书最吸引我的地方在于它能够将计算机系统这个复杂而庞大的概念,分解成一个个清晰、易于理解的模块,然后又将这些模块巧妙地连接起来,展示它们是如何协同工作,共同实现强大的计算能力。作者的逻辑清晰,从最底层的逻辑门开始,构建出更复杂的逻辑电路,然后过渡到指令集架构(ISA),再到CPU的内部结构,最后延伸到存储器和I/O系统。我对CPU流水线技术的讲解尤为欣赏。作者详细介绍了流水线如何通过将指令的执行过程分解成多个阶段,并让不同的指令在不同的阶段同时进行,从而极大地提高了处理器的吞吐量。他细致地分析了流水线中可能出现的各种“冒险”——数据冒险、控制冒险、结构冒险——以及解决这些问题的各种技术,比如转发(forwarding)、流水线停顿(stalling)、分支预测(branch prediction)和延迟槽(delayed branch)。这些技术的讲解,让我对现代处理器的高性能有了更深刻的理解,它不是凭空而来的,而是无数工程智慧的结晶。我曾花了很多时间去研究CPU的工作原理,而这本书以一种系统性的方式,将这些知识点融会贯通,让我对计算机内部的运行机制有了更深层次的认识,可以说,它彻底改变了我对计算机硬件的理解方式。此外,作者对存储器层次结构,特别是缓存(Cache)的讲解也极其到位。他详细阐述了缓存的工作原理,包括缓存的结构、映射方式、替换算法以及写策略。这些内容对于理解现代计算机的性能至关重要,它让我明白,看似简单的内存访问,背后却有着复杂的设计和优化。这本书让我对计算机系统的整体架构有了更全面、更深入的认识,它不仅传授了知识,更培养了一种系统性的思维方式,这种收获是难以估量的。

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当我第一次拿起《Structured Computer Organization》时,我并没有想到它能带给我如此深刻的启发。这本书以一种极其系统和有逻辑的方式,将计算机系统的各个组成部分,从最基础的逻辑门,到指令集架构,再到CPU、存储器、I/O设备,都进行了详尽的阐述。作者的讲解方式非常独特,他并不孤立地介绍每个组件,而是将它们置于整个计算机系统的框架中,展示它们是如何协同工作的。我对CPU设计部分的讲解印象尤为深刻。作者详细介绍了CPU的控制单元和数据通路,以及它们是如何协同完成指令的执行的。他对硬布线控制和微程序控制的对比分析,让我对CPU的内部机制有了更深入的理解。硬布线控制的效率和微程序控制的灵活性,在作者的笔下,仿佛就呈现在眼前,我能想象出信号如何在电路中流动,驱动着整个CPU的运行。此外,本书对指令集架构(ISA)的讲解也十分到位。作者不仅介绍了不同类型的指令,还深入到指令的二进制编码格式,以及它们如何被CPU解码和执行。我对CISC和RISC架构的对比分析,更是爱不释手。作者通过清晰的论证和丰富的实例,让我彻底明白了这两种架构的设计哲学和权衡。更让我惊喜的是,作者还深入探讨了流水线技术,这是提高处理器性能的关键。他一步步讲解了指令流水线的各个阶段,以及可能遇到的冒险和解决办法。这些理论知识结合书中丰富的实例,使得理解起来不再是枯燥的文字,而是生动的技术演进史。总而言之,这本书提供了一个非常全面的框架,帮助我理解计算机系统是如何通过层层抽象和模块化设计,最终实现复杂的计算功能,这种系统性的讲解方式,让我受益匪浅。

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这本书的叙事方式非常引人入胜,它不像很多教科书那样枯燥乏味,而是像一位经验丰富的工程师在娓娓道来。从最底层的逻辑门开始,一步步构建起一个完整的计算机系统,这个过程充满了逻辑的严谨性和设计的智慧。我特别喜欢作者在讲解指令集架构(ISA)时,那种循序渐进的推进方式。他首先介绍了各种指令的类型,比如数据传输、算术逻辑运算、分支跳转等,然后深入到每种指令的二进制编码格式,以及它们在CPU内部是如何被解码和执行的。对不同指令编码方式的详细阐述,让我理解了“指令集”不仅仅是一堆命令,而是计算机能够理解的语言,而这种语言的设计直接影响了软件的编写效率和硬件的实现复杂度。本书对CISC和RISC架构的对比分析,绝对是其中的经典。作者不仅仅是列举了它们的区别,更是深入分析了设计哲学和历史演变,让我明白了为什么会有这两种不同的设计路径,以及它们各自的优劣势。对流水线技术,尤其是处理冒险(hazards)的部分,作者的讲解非常到位。他不仅指出了数据冒险、控制冒险、结构冒险的存在,还详细介绍了解决这些问题的各种技术,如流水线重叠、分支预测、延迟槽等。这些技术让我明白了现代高性能CPU是如何通过精巧的设计来克服物理限制,提高执行效率的。而且,作者在讲解这些复杂技术时,会使用大量的图表和伪代码,这使得抽象的概念变得具体,易于理解和掌握。我曾花了很多时间去研究CPU的工作原理,而这本书以一种系统性的方式,将这些知识点融会贯通,让我对计算机内部的运行机制有了更深层次的认识,可以说,它彻底改变了我对计算机硬件的理解方式。

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