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出版者:Prentice Hall

作者:G Coulouris

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-11-10

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9781405825108

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
• 计算机网络
• 嵌入式系统

《计算机系统揭秘：从硬件到软件的深度探索》 本书深入剖析了现代计算机系统的底层运作机制，为读者构建了一个从最基础的电子元件到高级应用软件的完整知识体系。我们不会仅仅停留在概念的描述，而是将理论与实践紧密结合，引导读者理解计算机究竟是如何工作的。 核心内容一：数字逻辑与电路基础 一切计算的根基在于二进制和逻辑门。本书将从最基本的布尔代数原理入手，循序渐进地介绍与门、或门、非门等基本逻辑门电路。随后，我们将讲解如何利用这些基本门组合成更复杂的电路，例如加法器、寄存器、多路选择器等，这些都是构建处理器核心的基石。读者将了解时序逻辑如何工作，理解触发器（如D触发器、JK触发器）在存储状态中的关键作用，以及锁存器如何实现数据的暂时保存。我们将深入分析时钟信号的作用，以及不同电路在时钟周期内的状态变化。 核心内容二：指令集架构（ISA）与微架构 在理解了基础电路之后，我们将转向处理器如何执行指令。本书详细阐述了指令集架构（ISA）的概念，包括操作码、寻址模式、数据类型等。我们将重点介绍RISC（精简指令集计算）和CISC（复杂指令集计算）的差异，并以一个简化的RISC指令集为例，展示指令的编码、解码以及执行流程。 紧接着，我们将深入微架构层面，解析指令如何在处理器内部被执行。这包括流水线技术，它如何通过将指令执行过程分解为多个阶段（取指令、译码、执行、访址、写回）来提高指令吞吐量。我们将探讨流水线冲突（结构冲突、数据冲突、控制冲突）及其解决策略，如数据转发（forwarding/bypassing）和分支预测（branch prediction）。理解这些机制对于优化程序性能至关重要。 核心内容三：内存系统与存储层次 计算机的运算能力受到内存访问速度的严重制约。本书将全面介绍内存系统，包括存储器的分类（RAM、ROM、Flash等）及其工作原理。我们将详细讲解内存地址如何被组织和访问，以及内存控制器在其中扮演的角色。 更重要的是，我们将深入探讨存储层次结构（memory hierarchy），包括高速缓存（Cache）的作用、工作原理以及不同映射方式（直接映射、全关联映射、组相联映射）。读者将学习缓存未命中（cache miss）的原因及其对性能的影响，以及替换算法（如LRU）如何优化缓存利用率。此外，我们还将触及虚拟内存的概念，介绍页表（page table）如何将虚拟地址映射到物理地址，以及内存管理单元（MMU）的职责，这使得程序能够访问比物理内存更大的地址空间，并提供了内存保护机制。 核心内容四：输入/输出（I/O）系统与总线 计算机需要与外部世界进行交互，这通过输入/输出（I/O）系统实现。本书将介绍不同类型的I/O设备（如键盘、鼠标、显示器、硬盘）及其接口。我们将详细讲解总线（bus）的概念，包括数据总线、地址总线和控制总线的作用，以及总线协议如何协调设备之间的数据传输。 我们将深入分析I/O数据的传输方式，包括程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）。DMA尤其重要，它允许I/O设备直接与主内存进行数据传输，而无需CPU的干预，从而极大地提高了I/O吞吐量。本书将探讨DMA控制器的工作原理及其在现代系统中的广泛应用。 核心内容五：操作系统与计算机体系结构的关系 本书还将阐述操作系统（OS）与底层硬件架构之间的紧密联系。我们将讨论操作系统如何管理CPU时间（进程调度）、内存资源（内存分配、分页、分段）以及I/O设备。理解硬件架构的细节，例如中断机制、特权指令以及内存保护，对于深入理解操作系统的设计和工作方式至关重要。读者将了解到，操作系统正是利用了这些硬件特性，才得以实现多任务、虚拟内存和资源共享等功能。 学习目标与读者受益 通过阅读本书，您将能够： 理解计算机硬件的根本运作原理：从晶体管到处理器核心，再到内存和I/O设备，建立一个清晰的系统认知。 掌握指令执行的内在机制：理解CPU如何解码和执行指令，以及流水线等技术如何提高性能。 认识存储层次的优化思想：了解缓存的工作原理，以及如何通过优化内存访问模式来提升程序效率。 洞悉I/O系统的设计与效率：理解数据如何传输，以及DMA等技术如何加速外部设备交互。 建立硬件与软件的桥梁：理解操作系统如何利用和管理底层硬件资源。 本书适合所有对计算机系统内部运作感到好奇的读者，包括计算机科学专业的学生、软件工程师、系统管理员以及任何希望深入了解计算机技术本质的人。我们相信，一旦您理解了计算机的“灵魂”，您将能够编写出更高效、更健壮的软件，并对未来的技术发展有更深刻的洞察。

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这本书的章节安排非常合理，循序渐进，从最基础的逻辑门电路开始，逐步构建起复杂的计算机系统。我特别喜欢它对指令集架构（ISA）的全面介绍，这让我能够理解不同平台（如x86, ARM）的底层差异。书中关于操作系统如何利用硬件资源，以及如何提供抽象接口的讲解，也让我对操作系统的工作原理有了更清晰的认识。从软件开发者的角度来看，理解这些底层细节，能够帮助我编写出更高效、更优化的代码。

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我是一位有一定经验的软件工程师，在日常工作中，我经常需要与底层系统打交道，比如性能调优、并发编程等。我一直在寻找一本能够系统梳理我现有知识，并填补我知识空白的书籍。“Structured Computer Organization”完美地满足了我的需求。它将我分散的零散知识点串联起来，形成了一个更加完整的体系。书中关于存储器管理、I/O系统以及操作系统接口的章节，更是让我对软件与硬件之间的交互有了更深刻的洞察，这对于我理解和解决复杂的系统级问题非常有帮助。

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我一直对计算机硬件底层是如何与软件交互感到好奇。尤其是CPU是如何执行指令，内存是如何组织和访问的，这些概念在初学时常常觉得晦涩难懂。这本书恰恰在这些方面给了我极大的帮助。它没有回避那些看似枯燥的细节，而是用清晰的逻辑和详实的图例，将复杂的概念变得易于理解。我尤其喜欢它对不同指令集体系结构（ISA）的对比分析，这让我能够从更宏观的角度去理解为什么不同的处理器会有不同的设计哲学，以及这些设计选择对软件性能会产生怎样的影响。书中关于流水线技术和缓存的讲解，更是让我对现代高性能处理器的工作原理有了更清晰的认识。

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我是一名对计算机底层运作原理充满好奇心的用户。我一直觉得，要真正理解我们每天使用的电脑，必须了解它内部是如何工作的。“Structured Computer Organization”就像一把钥匙，为我打开了计算机的“黑箱”。它没有使用过于深奥的术语，而是用一种“由内向外”的方式，层层剥开计算机的神秘面纱。我尤其惊叹于作者能够将如此复杂的系统，以如此清晰、有条理的方式呈现出来。这本书让我对计算机的每一个组件，从CPU到内存，再到输入输出设备，都有了更深的认识。

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作为一名业余的嵌入式系统爱好者，我常常需要在资源有限的环境下进行开发。理解计算机系统的组织结构，对于优化代码、提高效率至关重要。“Structured Computer Organization”为我提供了宝贵的理论基础。它不仅讲解了基础的计算机组成原理，还触及了高级的计算机体系结构概念，比如指令级并行、存储器层次结构等。这些知识让我能够更深入地理解嵌入式设备的性能瓶颈，并能有针对性地进行优化。例如，通过理解缓存的工作原理，我能够调整程序的访问模式，从而提高数据访问的速度。

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我是一位对计算机历史和发展演变感兴趣的读者。在阅读“Structured Computer Organization”的过程中，我不仅仅是在学习技术细节，更是在追溯计算机科学的发展脉络。书中对早期计算机设计思想的探讨，以及不同时代技术进步所带来的影响，都让我对计算机行业的创新精神有了更深的理解。它让我认识到，每一个看似寻常的计算机组件，背后都凝聚着无数先辈的智慧和努力。这种历史的视角，也让我更加珍惜当下所拥有的强大计算能力。

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这本书的语言风格非常适合初学者，作者善于用生动形象的比喻来解释抽象的概念，这让我觉得学习过程并不枯燥。例如，在讲解CPU的控制单元时，作者将其比作一个指挥家，精确地调度着各个部件的工作，这个比喻一下子就抓住了核心。此外，书中大量的图示和流程图也是一大亮点，它们将文字描述的复杂过程可视化，大大降低了理解的难度。我发现，在遇到难以理解的概念时，翻回到相关的图示，往往能豁然开朗。

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我是一名对计算机体系结构研究充满热情的学生。在我的研究方向中，深入理解CPU的设计、指令流水线、分支预测等机制至关重要。“Structured Computer Organization”为我提供了坚实的基础。书中对不同微体系结构的详细分析，以及对性能优化技术的探讨，都为我后续的学习和研究奠定了方向。我特别欣赏书中对于不同设计权衡的讨论，这让我认识到在计算机体系结构的设计中，往往需要在性能、功耗和成本之间做出取舍。

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作为一个对数字逻辑和硬件设计感兴趣的爱好者，我一直在寻找一本能够系统性介绍计算机硬件组织的书籍。“Structured Computer Organization”正是我的理想之选。它从最基本的逻辑门电路讲起，逐步引入组合逻辑和时序逻辑，然后将这些基础构建块组装成更复杂的单元，如加法器、寄存器和计数器。我尤其欣赏书中关于微程序控制和硬连线控制的对比分析，这让我对CPU的控制单元的设计有了更深入的理解。这本书的严谨性和系统性，为我打下了坚实的硬件设计基础。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象，那种简洁而略带复古的风格，让人立刻感受到它所蕴含的严谨与厚重。我是一名计算机科学专业的学生，在学习过程中，我一直渴望找到一本能够系统地、深入地讲解计算机系统底层结构的书籍。“Structured Computer Organization”这个书名本身就充满了吸引力，它承诺的“结构化”让我预感到这本书不会是那种浮光掠影的介绍，而是会从最基础的层面，一层层剖析计算机是如何工作的。在翻阅了目录后，我更加确定了我的选择是正确的。它从逻辑设计开始，一直讲到指令集体系结构，再到微体系结构，最后深入到操作系统接口。这样的编排方式，无疑为我构建了一个完整的计算机系统认知框架。

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