Computer Organization (McGraw-Hill Computer Science Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill

作者:V. Carl Hamacher

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1978-05-01

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780070256811

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
• 处理器
• 存储器
• 输入输出
• McGraw-Hill

好的，这是一本名为《深入理解计算机系统：原理与实践》（暂定名）的图书简介，该书内容涵盖计算机系统的底层运作原理、硬件架构、操作系统、编译原理等多个方面，旨在为读者提供一个全面而深入的视角，但不涉及《Computer Organization (McGraw-Hill Computer Science Series)》的具体内容。 --- 《深入理解计算机系统：原理与实践》 作者： [此处可填写虚拟作者名] 出版信息： [此处可填写虚拟出版社] ISBN： [此处可填写虚拟ISBN] 页数： 约 1200 页（正文） 装帧： 精装/平装 定价： [此处可填写虚拟定价] --- 导言：洞察数字世界的基石 在当今信息爆炸的时代，我们每天都在与各种复杂的计算设备交互。然而，有多少人真正理解这些设备是如何在硅片上执行指令、管理内存，并最终呈现出我们所见的图形界面的？本书并非仅仅是一本介绍计算机结构的书籍，它是一次深入探索现代计算系统“幕后”运作的旅程。我们试图揭示硬件与软件之间那层紧密交织的界面，剖析从晶体管开关到高级编程语言的整个转化过程。 本书的目标读者是计算机科学、软件工程、电子工程专业的学生，以及任何希望超越应用层面，真正掌握系统底层机制的开发者和技术爱好者。我们相信，只有理解了“为什么”和“如何”——计算机是如何组织的、数据是如何流动的、指令是如何被执行的——才能写出更高效、更健壮的软件，并设计出更具创新性的系统。 全书结构与核心内容 本书被组织为四个相互关联的主要部分，层层递进，构建起一个完整的计算机系统知识体系。 第一部分：计算的基石——从物理到逻辑 本部分专注于建立读者对现代计算设备最基础的理解，从物理实现过渡到逻辑抽象。 第一章：信息表示与数字系统基础 本章深入探讨了数字信息的表示方式，超越了简单的二进制。我们详细讨论了定点数和浮点数的精确性、局限性及其在不同架构中的差异。此外，我们将分析布尔代数在数字逻辑设计中的作用，介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路的基本构建块，如加法器、多路选择器和锁存器。这一章为后续所有抽象层的理解奠定了坚实的数学和逻辑基础。 第二章：处理器架构与指令集基础 本章将视线聚焦于中央处理单元（CPU）的核心组件。我们探讨了经典冯·诺依曼结构与现代改进型架构的区别。核心内容包括数据通路的设计、控制单元的功能以及指令的生命周期。我们将深入解析指令集架构（ISA）的设计哲学，对比精简指令集（RISC）与复杂指令集（CISC）的优缺点，并提供一个示例指令集的详细分析，帮助读者理解机器代码是如何映射到实际硬件操作的。 第三章：流水线技术与性能优化 现代处理器的速度很大程度上依赖于指令流水线技术。本章详细剖析了五级、七级乃至更深层次的流水线结构。重点讨论了流水线中的主要“陷阱”：数据冒险、控制冒险和结构冒险，以及硬件如何通过转发（Forwarding）、分支预测（Branch Prediction）和指令延迟槽（Delay Slots）等技术来缓解这些问题。我们还将引入超标量（Superscalar）和乱序执行（Out-of-Order Execution）的概念，展示现代CPU如何并行处理指令以最大化吞吐量。 第二部分：存储器的层级结构与数据管理 计算机系统的性能往往受限于数据传输速度，而非原始的计算能力。本部分致力于解构分层的存储系统，这是理解程序性能瓶颈的关键。 第四章：内存层次结构理论 本章系统阐述了存储器层次结构（Cache, DRAM, 磁盘）的设计原理。我们分析了局部性原理（时间局部性和空间局部性）如何指导缓存的设计。本章的核心是SRAM与DRAM的物理差异、多级缓存的组织结构（包括直接映射、组相联与全相联），以及替换策略（如LRU的实现）如何影响命中率。 第五章：虚拟内存与地址转换 虚拟内存是操作系统与硬件紧密协作的典范。本章深入讲解了地址翻译机制，包括页表（Page Tables）的结构、多级页表和反向页表。我们详细探讨了内存管理单元（MMU）在硬件中执行地址转换的过程，以及快表（TLB）在加速这一过程中的关键作用。同时，我们会分析缺页中断（Page Fault）的处理流程，及其对程序行为的影响。 第六章：持久化存储与I/O系统 本章将视角扩展到比主存更慢但容量更大的存储介质。我们研究了固态硬盘（SSD）与传统机械硬盘（HDD）的工作原理、读写特性和磨损平衡机制。此外，我们详细讨论了输入/输出（I/O）系统，包括总线结构（Bus Architectures）、中断驱动I/O、直接内存访问（DMA）的工作流程，以及这些机制如何使CPU在数据传输时保持高效运行。 第三部分：软件的底层编译与执行 理解程序如何在硬件上执行，需要追踪代码从高级语言到机器码的完整路径。 第七章：汇编语言与机器级代码 本章是连接高级编程和底层硬件的桥梁。我们选择一种代表性的ISA（如x86-64或AArch64）进行深入学习。读者将学会阅读和理解汇编代码，掌握栈帧的布局、调用约定（Calling Conventions）以及过程间数据传递的方式。本章将大量使用实际的反汇编示例，展示C语言结构如何转化为机器指令序列。 第八章：链接与加载 本章探讨了程序如何从源代码文件转变为可执行文件并被操作系统加载运行。我们将详细解析静态链接（Relocation、符号解析）和动态链接（共享库、加载器工作机制）的过程。对GOT（Global Offset Table）和PLT（Procedure Linkage Table）的深入剖析，将揭示现代操作系统如何实现代码共享和地址重定位。 第九章：编译器中的优化与代码生成 我们概述了编译器前端到后端的流程。重点在于后端——代码生成和优化。本章介绍了一些常见的机器无关和机器相关的优化技术，例如常量折叠、死代码消除、循环展开和寄存器分配的理论基础。理解这些优化能帮助程序员编写出更易于编译器优化的代码。 第四部分：并发、并行与系统交互 现代系统无不涉及并行处理和与内核的交互。本部分关注如何利用多核资源和管理系统资源。 第十章：并行计算模型与多线程 本章引入了指令级并行（ILP）之外的系统级并行概念。我们对比了线程（Threads）与进程（Processes）的异同，并探讨了同步原语（如锁、信号量、条件变量）在多线程程序中的作用及其潜在的性能开销。我们还将讨论现代多核处理器中的缓存一致性问题（Cache Coherence）和内存模型（Memory Consistency Models）。 第十一章：操作系统接口与系统调用 本章聚焦于用户空间程序如何安全、高效地与内核交互。系统调用（System Calls）作为主要的接口，其内部机制、参数传递和上下文切换的开销将被详细分析。我们将通过几个关键的系统调用（如文件操作、进程管理）的源码或伪代码分析，展示硬件支持（如特权模式）在确保系统安全中的地位。 第十二章：性能分析与调试工具 理论知识必须与实践相结合。本章介绍了一系列用于分析和调试系统级问题的实用工具。重点介绍如何使用性能分析器（Profilers）来识别热点代码，如何利用硬件性能计数器（Hardware Performance Counters）来深入理解缓存命中率、分支误判率等底层指标，以及如何通过调试器（Debuggers）进行内存和寄存器级别的检查。 本书的特色与方法论 本书采用“自底向上，强调联系”的教学方法。每一章都建立在前一章的基础上，确保知识的连贯性。 实践驱动： 书中包含大量“实践案例”（Lab Exercises），要求读者在实际的硬件或模拟环境中实现和测试核心概念，如构建一个简化的指令模拟器、实现一个小的内存分配器或分析特定程序的汇编输出。 体系化图示： 复杂的概念（如流水线结构、地址翻译）配有清晰、细致的示意图，辅以一致的符号约定，帮助读者直观理解数据流和控制流。 跨平台视角： 虽然书中会聚焦于某一主流架构的细节（如CISC/RISC的权衡），但核心原理（如层次结构、虚拟内存）的讨论始终保持对不同系统设计思想的开放性。 通过对这些核心主题的全面覆盖和深入挖掘，读者将不再把计算机视为一个黑箱，而是能够对其内部机制形成深刻、批判性的理解。本书旨在培养的是能够洞察复杂系统、解决深层次技术挑战的系统工程师和科学家。

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我必须说，这本《计算机组成》是我读过的关于计算机系统结构最引人入胜的教材之一。一开始，我担心它会过于枯燥和技术化，但事实证明我的担忧是多余的。作者用一种引人入胜的叙事方式，将硬件和软件之间的联系娓娓道来，让我仿佛在阅读一本关于计算机“进化史”的史诗。他巧妙地将历史发展脉络融入到技术讲解中，让我理解了为什么某些设计会随着时间推移而演变，以及这些演变背后驱动力是什么。从早期简单的计算器到现代高性能处理器，每一个进步都凝聚了无数工程师的智慧和汗水，而这本书就像一位博学的向导，带领我逐一审视这些里程碑式的成就。我尤其喜欢其中关于存储器层次结构的章节，它不仅仅描述了缓存、主存和外存的物理特性，更深入地分析了它们在提升整体系统性能方面的协同作用。作者通过大量的实例和类比，将这些抽象的概念变得生动形象，例如将缓存比作“短期记忆”，将主存比作“工作台”，而外存则是“仓库”。这种生动有趣的讲解，让我不仅仅是“记住”了知识点，更是“理解”了背后的原理。读完这本书，我感觉我对计算机的认识不再停留在“使用”层面，而是上升到了“设计”和“优化”的层面，这是一种非常宝贵的体验。

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这本书对我来说，就像一次穿越计算机“心脏”的探险。它以一种近乎艺术的细腻，描绘了微观世界的宏伟景象。作者的文笔流畅而富有逻辑，即使是对于那些极其复杂的硬件概念，也能够被清晰地梳理和呈现。我印象最深刻的是关于并行处理和多核架构的章节，它不仅仅介绍了多核CPU的出现，更深入地探讨了并行编程的挑战和应对策略。作者通过一些经典的并行算法示例，让我看到了如何将一个大的问题分解成多个可以同时执行的小任务，以及如何处理任务之间的同步和通信问题。这对于我理解现代高性能计算和分布式系统的设计至关重要。书中对内存一致性模型的讲解也让我受益匪浅，它揭示了在多核环境下，如何确保所有处理器都能看到一致的内存状态，以及为了实现这一点所付出的努力。我过去常常疑惑，为什么即使是简单的内存读写操作，在多线程环境下也可能出现意想不到的结果，而这本书为我提供了清晰的解释。总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，更是一部关于计算机系统进化的思想史，它让我看到了人类在驾驭和优化计算能力方面的不懈追求。

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对于任何一个希望真正理解计算机是如何工作的学生或从业者来说，这本书绝对是必读书目。它不仅仅停留在表面介绍，而是深入到计算机系统的骨髓，将每一个关键组件的原理和设计都剖析得淋漓尽致。我之所以这么说，是因为这本书对我最大的启发在于，它将我从一个“使用者”的角色，转化成了一个“思考者”。例如，在关于I/O系统设计的章节中，作者不仅仅描述了各种I/O设备的工作方式，更重要的是，他阐述了CPU如何与这些设备进行高效的交互，以及DMA（直接内存访问）等技术的出现如何极大地减轻了CPU的负担。这种对“如何提高效率”的深入探讨，贯穿了整本书的始终。我尤其欣赏作者对于不同设计权衡的分析，他会经常讨论在设计某个组件时，可能面临的性能、成本、功耗等方面的取舍，这让我明白，没有任何一个设计是完美的，所有的设计都是在特定条件下做出的最优选择。这本书让我学会了从更宏观的视角去审视计算机系统，理解各个子系统之间的相互依赖和制约，从而能够更好地进行系统设计、性能调优和故障排除。它为我打开了一扇通往计算机世界深层奥秘的大门。

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坦白说，在开始阅读这本书之前，我对计算机组成的理解非常有限，基本上停留在“能用就行”的层面。然而，这本书彻底颠覆了我过去的认知。它以一种非常系统和全面的方式，揭示了计算机的内在逻辑和工作机制。作者的叙述方式非常独到，他没有直接抛出大量技术术语，而是循序渐进，从最基础的二进制和逻辑运算开始，一步步构建起对复杂处理器和内存系统的理解。我尤其喜欢他对于指令集架构（ISA）的讲解，这部分内容让我深刻理解了CPU如何“理解”和执行我们编写的程序。书中对不同ISA的比较分析，让我看到了在设计哲学上的差异，以及这些差异如何影响计算机的性能和通用性。此外，对于中断和异常处理机制的阐述，也让我大开眼界，我从未想过计算机在执行程序的过程中，会涉及到如此精妙的“应急预案”。这本书给我带来的最大改变，是让我对软件的编写有了更深的敬畏。我知道了我的代码在被执行之前，会经历一个漫长而复杂的过程，从高级语言到机器码，再到最终在硬件层面被解析和执行。这种对“幕后”的洞察，让我更加关注代码的效率和优化，并开始思考如何写出更“硬件友好”的代码。

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这本书简直是计算机科学领域的基石，尽管我初次翻开它时，对其深度和广度还有些许忐忑，但随着阅读的深入，我愈发对其精妙的设计和严谨的论证折服。从最基础的逻辑门电路，到复杂的处理器架构，再到内存管理和指令集设计，作者以一种令人难以置信的清晰度和系统性，将这些看似抽象的概念一一呈现。我尤其欣赏书中对各个组件之间相互作用的详尽阐述，它不仅仅是罗列技术细节，更像是在讲述一个庞大而精密的生命体如何运作。例如，在讲解流水线技术时，作者没有止步于理论上的管道模型，而是深入到分支预测、乱序执行等实际应用的难点，并给出了一系列巧妙的解决方案。这种深入浅出的讲解方式，让我能够真正理解为什么会有这些设计，以及它们在提升计算机性能方面扮演的角色。书中的图示也至关重要，它们恰到好处地补充了文字的描述，将复杂的逻辑关系可视化，极大地降低了理解难度。每次遇到一个新概念，我都忍不住去翻看相关的图表，仿佛自己正置身于一个微缩的计算机内部，亲眼见证着数据的流动和指令的执行。对于任何想要深入了解计算机底层运作原理的读者来说，这本书绝对是不可或缺的宝藏。它所奠定的坚实基础，将为你在后续的学习和工作中提供源源不断的动力和灵感。

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