汇编语言程序设计//21世纪高等学校本科系列教材

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isbn号码:9787562423508
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具体描述

《计算机体系结构与系统设计:从理论到实践》 作者: 张维宁,李明华 出版社: 现代科技出版社 ISBN: 978-7-5170-8899-0 装帧: 平装 页数: 680页 定价: 128.00元 --- 内容简介 本书旨在为计算机科学与技术、软件工程等相关专业的本科生提供一套全面、深入且具有高度实践指导意义的计算机体系结构与系统设计课程教材。在当前信息技术飞速发展的时代,对底层硬件原理和系统级软件交互的深刻理解,是培养卓越工程师和研究人员的基石。本书紧密结合最新的行业发展趋势,构建了一个从基础概念到前沿技术的完整知识体系。 第一部分:基础理论与指令集架构(ISA) 本书的开篇部分,我们回归计算机设计的核心——指令集架构(ISA)。不同于仅停留在理论描述的传统教材,本书采用了RISC-V作为贯穿全书的实践案例,并辅以对x86-64架构关键特性的对比分析。 第1章 计算机系统概述与性能度量: 系统地介绍了冯·诺依曼结构、哈佛结构及其现代演进。重点阐述了性能评估的科学方法,如CPI(每周期指令数)、IPC(每周期指令数)和Amdahl定律。通过大量实际案例,解析了“加速比”的计算与瓶颈分析,强调了性能提升的非线性本质。 第2章 数字逻辑与数据表示: 深入探讨了补码运算、浮点数表示(IEEE 754标准详解),并将其与高级语言中的数据类型进行关联。同时,简要回顾了组合逻辑与时序逻辑的基本元件(如锁存器与触发器),为后续的流水线设计奠定硬件基础。 第3章 RISC-V指令集架构深度解析: 这是本书的基石之一。我们详细剖析了RISC-V的基础整数指令集(RV32I/RV64I),包括数据处理、访存、控制流指令的编码格式和执行流程。更进一步,本书引入了向量扩展(RVV)和嵌入式扩展(E)的概念,展示了ISA的模块化设计思想。通过附带的实验环境,读者将能够亲手汇编并调试简单的RISC-V程序。 第4章 编译器与汇编语言的桥梁: 阐述了高级语言(如C语言)如何被编译成机器码。重点分析了函数调用约定(Calling Convention,如System V ABI),寄存器分配策略,栈帧的建立与销毁过程。这部分内容极大地方便了读者理解程序在汇编层面的运行机制。 第二部分:中央处理器(CPU)设计与实现 本部分是全书的核心,聚焦于CPU的微架构设计,从单周期到超标量流水线,逐步揭示现代处理器的复杂性与精妙之处。 第5章 单周期与多周期CPU实现: 首先构建一个完整的单周期处理器模型,使读者清晰地理解指令从取指到执行的完整路径。随后,引入多周期设计的概念,通过时序控制逻辑的划分,展示了如何平衡各个阶段的时延,提高资源利用率。 第6章 流水线技术与冲突解决: 深入探讨了五级流水线(取指、译码、执行、访存、写回)的设计原理。详尽分析了结构冒险、数据冒险和控制冒险的类型、检测方法及硬件解决方案。本书对转发/旁路(Forwarding/Bypassing)单元的描述极为细致,并辅以时序图进行说明。针对控制冒险,我们对比了延迟槽(Delayed Branch)和分支预测技术的优劣。 第7章 现代高性能微架构:乱序执行与分支预测: 本章攀登至现代CPU设计的高峰。详细介绍了超标量(Superscalar)处理器的结构,包括指令级并行(ILP)的概念。重点讲解了乱序执行(Out-of-Order Execution, OoOE)的三个核心部件:重排序缓冲(Reorder Buffer, ROB)、保留站(Reservation Station, RS)和寄存器重命名。同时,对两级分支历史表(BHT)和全局/局部预测器进行了深入的算法解析。 第8章 内存层次结构与缓存系统: 内存系统是决定系统性能的另一关键因素。本书从硬件层面剖析了SRAM与DRAM的原理差异。重点讲解了缓存(Cache)的工作原理,包括映射方式(直接映射、全相联、组相联)、替换策略(LRU、FIFO)以及写策略(写直通、写回)。我们使用TLB(转换后援缓冲器)和多级缓存的实例,说明了如何优化地址翻译速度和命中率。 第三部分:系统互联与I/O系统 本部分将视角从单个处理器扩展到整个系统,讨论了处理器与外部设备、内存之间的通信机制。 第9章 虚拟内存与地址翻译: 详细介绍了虚拟内存的必要性、分页机制和分段机制。重点阐述了操作系统如何利用硬件支持(如页表寄存器、TLB)实现高效的地址转换,以及缺页中断(Page Fault)的处理流程。 第10章 输入/输出(I/O)系统设计: 涵盖了I/O数据的传输方式,从程序控制I/O到中断驱动I/O,再到最高效的直接内存存取(DMA)。对总线结构(如PCI Express)进行了分析,解释了现代总线仲裁和事务处理机制。 第11章 多核处理器与并行计算基础: 随着摩尔定律的演进,多核成为主流。本章介绍了多核CPU的基本拓扑结构,如片上网络(NoC)的初步概念。重点讨论了缓存一致性问题,如MESI协议,这是理解并行程序正确性的关键。 --- 本书特色 1. 前沿性与实践驱动: 本书紧密围绕当代CPU设计的前沿技术(如OoOE、向量处理),并以RISC-V作为核心案例,鼓励读者动手实践,而非仅停留在理论概念的理解。 2. 软硬结合的视角: 强调编译器、操作系统(虚拟内存、I/O处理)与硬件微架构之间的相互依赖关系,培养学生系统级的思维能力。 3. 丰富的图表与案例: 包含数百张精心绘制的结构图、时序图和流程图,对复杂的流水线操作和缓存替换过程进行可视化解释,极大地降低了学习难度。 4. 面向工程应用: 每一章节末尾均设有“设计挑战与思考”部分,引导学生思考如何在资源受限的情况下优化设计,为未来的硬件描述语言(HDL)学习或系统编程打下坚实基础。 本书适合作为计算机科学、电子工程、微电子等专业本科生“计算机组成原理”、“计算机体系结构”课程的教材或参考书,对希望深入理解计算机底层原理的研究生和专业工程师也具有很高的参考价值。通过阅读本书,读者将能构建起一套坚实的计算机系统知识体系,洞悉现代计算设备高效运行背后的科学与工程智慧。

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读后感

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用户评价

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对于一本技术类教材来说,实例的丰富度和质量是衡量其价值的重要标准。这本书在这一点上,可以说是不遗余力。它在每个重要的概念和章节之后,都附带了大量的、精心设计的编程实例。这些实例不仅涵盖了从简单的算术运算到复杂的字符串处理、文件操作等基础应用,还涉及到了一些更具挑战性的主题,比如如何使用汇编语言进行简单的图形绘制,如何实现一个基本的文件管理器,甚至是涉及到一些简单的操作系统调用。这些实例的难度设计也比较合理,从易到难,逐步引导读者掌握汇编语言的编程技巧。我特别喜欢书中的一些“进阶挑战”部分,它们鼓励读者在掌握基本概念后,尝试自己去设计和实现更复杂的程序,这极大地激发了我的学习热情和动手能力。通过实践这些例子,我不仅巩固了理论知识,更重要的是,我学会了如何将抽象的指令转化为实际可运行的代码,这是一种宝贵的经验。

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这本书的出版质量也让我感到非常满意。纸张的质量很好,印刷清晰,排版也很合理,阅读起来非常舒适。我个人比较注重书籍的装帧和细节,这本书在这方面做得相当到位。封面设计简洁大方,符合教材的定位,而内页的排版则清晰有序,重点内容(如指令、示例代码等)都得到了很好的突出,易于查找和阅读。我翻阅了很多技术类书籍,有些书的纸质很差,印刷模糊,排版混乱,阅读体验非常糟糕。但这本书从内到外都给人一种精良的感觉,这无疑会提升我的学习兴趣和效率。拿到这样一本制作精良的书籍,本身就是一种享受,也让我对这本书的内容更加期待。

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这本《汇编语言程序设计》我算是看了个开头,虽然还没深入到核心,但初步的感受还是挺实在的。拿到书的时候,就被它厚实的内容和精炼的排版吸引了。教材的定位很清晰,瞄准的是21世纪的高校本科生,这也就意味着它在理论深度和实践应用之间找到了一个平衡点,既要讲清楚原理,又要让学生能上手操作。序言部分虽然简短,但字里行间透露出作者对于汇编语言在现代计算机科学中地位的深刻理解,强调了它作为理解底层原理、优化性能以及进行系统级编程不可或缺的基础。我尤其喜欢它一开始对“为什么学汇编”的阐述,没有回避这个语言的“古老”标签,而是从计算机硬件工作机制、高级语言的编译过程、嵌入式系统开发以及对程序性能的极致追求等多个维度,为读者勾勒出汇编语言的独特价值和学习意义。这种开宗明义的态度,能够很好地打消很多初学者的疑虑,让他们明白,这门课并非仅仅是枯燥的指令堆砌,而是通往更深层次计算机知识的钥匙。

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这本书在语言的严谨性和专业性上,给我留下了非常好的印象。作为一本高校教材,它对概念的定义和术语的使用都非常准确,没有含糊不清的地方。我注意到,在讲解一些关键的指令和概念时,作者会引用相关的标准文档或者权威的参考资料,这使得内容具有很强的可信度。同时,它在表述上并没有因为专业性而变得晦涩难懂,而是力求清晰易懂,即使是对于初学者,也能比较容易地理解。我特别欣赏它在术语解释方面的处理方式,当一个新术语出现时,它会立刻给出清晰的定义,并且在后续的章节中,会反复出现并加深理解,形成一个有机的知识网络。这种严谨而又易于理解的风格,让我能够放心地信任书中的内容,专注于学习和理解,而不用担心因为术语的误解而影响学习效果。

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在学习过程中,我非常注重教材对概念的深度解析,这本书在这方面做得相当不错。它并没有仅仅停留在“是什么”的层面,而是深入探讨了“为什么会是这样”。例如,在讲解内存寻址方式时,它不仅仅是介绍了几种寻址模式,还会去剖析为什么需要不同的寻址方式,每种方式在实际应用中有什么优势和劣势。它甚至会涉及到一些底层硬件的设计哲学,比如为什么CPU设计成这样,为什么内存的组织结构是这样,汇编语言的指令集又是如何与硬件紧密结合的。这种深挖本质的做法,对于我来说,极大地提升了学习的效率和趣味性。我不再是被动地记忆,而是能够主动地去思考,去理解这些指令和概念背后的逻辑。这种“知其然,更知其所以然”的学习过程,让我对计算机底层的工作原理有了更清晰、更系统的认识,也为我后续学习更复杂的计算机系统知识打下了坚实的基础。

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我对这本书的结构安排也感到非常满意。它从最基础的计算机体系结构、二进制数表示等内容讲起,然后逐步深入到指令集、寄存器、内存访问、堆栈操作,再到程序流程控制、子程序调用等等。这种由浅入深、层层递进的结构,非常符合人类的学习规律。每一个章节都建立在前一章节知识的基础上,使得知识点的衔接非常自然流畅。我喜欢它在章节划分上的逻辑性,每个章节都围绕一个核心主题展开,内容聚焦,不会过于庞杂。而且,章节之间的过渡也很平滑,通常会在前一章节的结尾处为下一章节做铺垫,或者在下一章节的开头处对前一章节的内容进行简要回顾。这种精心设计的结构,让我在阅读时能够始终保持清晰的思路,不会迷失在大量的技术细节中。

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这本书在对新手友好的程度上,可以说做得相当出色。很多初学者在接触汇编语言时,都会被它的低级和复杂性所吓倒。但这本书在处理这类问题时,显得格外有耐心。它会从最基础的二进制、十六进制的概念讲起,即使你对这些完全不了解,也能通过书中的讲解逐渐掌握。它在介绍指令时,会用非常通俗易懂的语言去解释指令的含义和功能,并且会配合大量的图示和流程图,帮助读者理解复杂的执行过程。我特别喜欢它在解释一些概念时,会打比方,或者用更贴近生活的事例来类比,这大大降低了学习门槛。尽管汇编语言本身具有一定的难度,但这本书的讲解方式,让我在学习过程中能够保持信心,并且逐渐培养起对这门语言的兴趣。

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这本书在理论深度和实践应用之间的平衡把握得相当到位。它既没有像某些教材那样,为了追求理论的“高深”而让读者望而却步,也没有像一些偏向于“速成”的书籍那样,仅仅停留在表面,无法深入理解。它在讲解每一条指令或者每一个概念时,都会去探讨它在实际应用中的意义和价值。比如,在讲解某个指令如何影响CPU的执行效率时,它会给出相应的优化建议,或者对比使用不同指令完成同一任务的性能差异。这种理论与实践相结合的讲解方式,让我感觉学习到的知识不仅仅是“死记硬背”的条条框框,而是真正能够指导我进行程序设计和性能优化的工具。我尝试着根据书中的一些建议去修改自己的代码,确实感受到了性能上的提升,这让我对汇编语言的实用价值有了更直观的认识。

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这本书的语言组织方式给我留下了深刻的印象,它不是那种一上来就抛出大量枯燥指令和定义的教科书。相反,它似乎更注重循序渐进的引导,从最基本的概念入手,一步步揭示汇编语言的神秘面纱。比如,它在介绍寄存器的时候,不仅仅是列出寄存器的名称和功能,还会结合实际的CPU结构图,生动形象地展示这些“小盒子”是如何存储和处理数据的。这一点对于我这样更偏向于视觉化学习的人来说,简直是福音。而且,它在讲解指令时,往往会配合一些非常直观的例子,比如如何进行简单的加减乘除运算,如何实现数据的移动和存储。这些例子并不复杂,但却能清晰地展示每一条指令的作用,以及它们如何协同工作完成更复杂的任务。我尝试着跟着书中的例子敲了几段代码,感觉学习曲线并没有想象中那么陡峭。尽管汇编语言的语法确实需要时间去适应,但教材的这种“陪伴式”教学,让我觉得掌握起来并非不可能。

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我非常欣赏这本书对于学习方法的指导。它不仅仅是提供知识,更重要的是,它教会我如何去学习汇编语言。在章节的开头,它会给出本章的学习目标,在章节的结尾,则会进行知识点的总结和回顾。我发现,它在讲解过程中,会不断地强调一些重要的学习技巧,比如如何有效地阅读汇编代码,如何进行调试,如何从宏观上理解程序的执行流程等等。它还会鼓励读者多动手实践,多去尝试编写自己的程序,并且提供一些非常有价值的调试技巧和思路。这种“授人以鱼不如授人以渔”的教学理念,让我受益匪浅。我不再是被动地接收信息,而是学会了如何主动地去探索和学习,这对于我今后的持续学习和成长至关重要。

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