計算機組成與體系結構（原書第4版）

《計算機組成與體系結構（原書第4版）》是2019年3月1日機械工業出版社出版的圖書，作者是[美] 琳達·納爾（ Linda Null）、朱莉婭·洛博（JuliaLobur）。

基本介紹

• 中文名：計算機組成與體系結構（原書第4版）
• 作者：[美] 琳達·納爾（ Linda Null）、朱莉婭·洛博（JuliaLobur）
• 出版社：機械工業出版社
• ISBN：9787111616368

內容簡介

全書揭示現代計算機的內部工作方式，採用大量真實的例子，引導讀者逐步由淺入深地學習計算機體系結構的概念和理論。

圖書目錄

出版者的話

譯者序

前言

第1章　緒論1

1.1　引言1

1.2　計算機的主要部件2

1.3　一個實例系統：吃力地讀專業辭彙3

1.4　標準組織12

1.5　發展歷史13

1.5.1　第零代：機械計算機（1642～1945年）13

1.5.2　第一代：電子管計算機（1945～1953年）15

1.5.3　第二代：電晶體計算機（1954～1965年）18

1.5.4　第三代：積體電路計算機（1965～1980年）20

1.5.5　第四代：超大規模積體電路計算機（1980～）20

1.5.6　摩爾定律22

1.6　計算機層次結構23

1.7　雲計算：計算即服務24

1.8　馮·諾依曼模型26

1.9　非馮·諾依曼模型28

1.10　並行處理器和並行計算29

1.11　並行性：機器智慧型的

推動者——深藍和沃森30

本章小結32

擴展閱讀32

參考文獻33

複習題34

習題35

第2章　計算機系統中的數據表示37

2.1　引言37

2.2　按位計數系統37

2.3　不同進制之間的轉換38

2.3.1　無符號整數的轉換38

2.3.2　小數的轉換40

2.3.3　2的冪次作為基數的計數系統之間的轉換41

2.4　有符號整數表示42

2.4.1　原碼42

2.4.2　補碼系統45

2.4.3　有符號數的移碼錶示49

2.4.4　無符號數與有符號數50

2.4.5　計算機、算術和布斯算法50

2.4.6　進位和溢出53

2.4.7　使用移位進行二進制乘法和除法54

2.5　浮點數表示55

2.5.1　一個簡單的模型55

2.5.2　浮點運算57

2.5.3　浮點誤差58

2.5.4　IEEE-　754浮點標準59

2.5.5　表數範圍、精度和準確度60

2.5.6　有關浮點數的其他問題61

2.6　字元編碼62

2.6.1　二進制編碼的十進制63

2.6.2　EBCDIC64

2.6.3　ASCII64

2.6.4　Unicode65

2.7　錯誤檢測與糾錯67

2.7.1　循環冗餘校驗67

2.7.2　漢明碼69

2.7.3　里德-所羅門糾錯碼74

本章小結74

擴展閱讀75

參考文獻75

複習題76

習題76

特別關註：數據記錄和傳輸的編碼82

第3章　布爾代數與數字邏輯88

3.1　引言88

3.2　布爾代數89

3.2.1　布爾表達式89

3.2.2　布爾代數的基本定律90

3.2.3　化簡布爾表達式91

3.2.4　求反92

3.2.5　表示布爾函式93

3.3　邏輯門94

3.3.1　邏輯門符號94

3.3.2　通用邏輯門95

3.3.3　多輸入邏輯門96

3.4　數字組件96

3.4.1　數字電路及其與布爾代數的關係96

3.4.2　積體電路97

3.4.3　匯總：從問題描述到電路99

3.5　組合邏輯電路100

3.5.1　基本概念100

3.5.2　典型的組合邏輯電路示例100

3.6　時序電路105

3.6.1　基本概念105

3.6.2　時鐘105

3.6.3　觸發器105

3.6.4　有限狀態機108

3.6.5　時序電路示例112

3.6.6　時序邏輯的套用：卷積編碼和維特比檢測115

3.7　電路設計119

本章小結119

擴展閱讀120

參考文獻120

複習題121

習題122

特別關註：卡諾圖128

第4章　一個簡單的計算機模型MARIE139

4.1　引言139

4.2　CPU基本知識和組織結構139

4.2.1　暫存器139

4.2.2　ALU140

4.2.3　控制單元140

4.3　匯流排140

4.4　時鐘143

4.5　輸入/輸出子系統144

4.6　存儲器的組成和定址方式145

4.7　中斷148

4.8　MARIE149

4.8.1　組織結構149

4.8.2　暫存器和匯流排150

4.8.3　指令集架構151

4.8.4　暫存器傳輸表示153

4.9　指令的執行過程155

4.9.1　取指-解碼-執行周期155

4.9.2　中斷和指令周期155

4.9.3　MARIE的I/O157

4.10　一個簡單的程式157

4.11　關於編譯程式的討論159

4.11.1　編譯程式的作用159

4.11.2　使用彙編語言的原因160

4.12　指令集的擴展161

4.13　關於解碼的討論：硬連線和微程式控制166

4.13.1　機器控制166

4.13.2　硬連線控制169

4.13.3　微程式控制171

4.14　實際的計算機體系結構174

4.14.1　Intel體系結構175

4.14.2　MIPS體系結構179

本章小結181

擴展閱讀182

參考文獻183

複習題184

習題185

第5章　仔細審視指令集架構192

5.1　引言192

5.2　指令格式192

5.2.1　指令集設計決策192

5.2.2　小端和大端方式193

5.2.3　CPU內部的存儲：堆疊和暫存器195

5.2.4　運算元個數和指令長度196

5.2.5　擴展操作碼199

5.3　指令類型202

5.3.1　數據傳送202

5.3.2　算術運算202

5.3.3　布爾邏輯運算指令203

5.3.4　位操作指令203

5.3.5　輸入/輸出指令203

5.3.6　傳送控制指令204

5.3.7　專用指令204

5.3.8　正交指令集204

5.4　定址204

5.4.1　數據類型204

5.4.2　定址方式205

5.5　指令流水線207

5.6　指令集架構實例210

5.6.1　Intel211

5.6.2　MIPS211

5.6.3　Java虛擬機212

5.6.4　ARM215

本章小結216

擴展閱讀217

參考文獻218

複習題218

習題219

第6章　存儲器224

6.1　引言224

6.2　存儲器類型224

6.3　存儲器的層次結構225

6.4　高速快取227

6.4.1　快取映射策略229

6.4.2　替換策略240

6.4.3　有效訪問時間和命中率240

6.4.4　發生快取失效的時間241

6.4.5　快取寫策略241

6.4.6　指令和數據快取243

6.4.7　快取的級別244

6.5　虛擬存儲器244

6.5.1　分頁245

6.5.2　使用分頁管理的有效訪問時間250

6.5.3　匯總：使用快取、TLB和分頁技術252

6.5.4　分頁和虛擬存儲器的優缺點253

6.5.5　分段253

6.5.6　分段和分頁的組合254

6.6　存儲器管理實例254

本章小結255

擴展閱讀255

參考文獻256

複習題256

習題257

第7章　輸入/輸出和存儲系統263

7.1　引言263

7.2　I/O及其性能263

7.3　阿姆達爾定律263

7.4　I/O體系結構266

7.4.1　I/O控制方法267

7.4.2　字元I/O與塊I/O271

7.4.3　I/O匯流排操作272

7.5　數據傳輸模式274

7.5.1　並行數據傳輸275

7.5.2　串列數據傳輸276

7.6　磁碟技術277

7.6.1　硬碟驅動器278

7.6.2　固態硬碟280

7.7　光碟282

7.7.1　CD-　ROM282

7.7.2　DVD285

7.7.3　藍光光碟286

7.7.4　光碟記錄方式286

7.8　磁帶287

7.9　RAID290

7.9.1　RAID-　0290

7.9.2　RAID-　1291

7.9.3　RAID-　2291

7.9.4　RAID-　3292

7.9.5　RAID-　4293

7.9.6　RAID-　5293

7.9.7　RAID-　6294

7.9.8　RAID DP295

7.9.9　混合RAID系統297

7.10　數據存儲的未來298

本章小結300

擴展閱讀300

參考文獻301

複習題302

習題303

特別關註：數據壓縮308

第8章　系統軟體327　8.1

引言327

8.2　作業系統327

8.2.1　作業系統的歷史328

8.2.2　作業系統的設計332

8.2.3　作業系統的服務332

8.3　保護環境335

8.3.1　虛擬機336

8.3.2　子系統和分區337

8.3.3　保護環境和系統結構的演變339

8.4　編程工具340

8.4.1　彙編程式和彙編340

8.4.2　連結器342

8.4.3　動態程式庫342

8.4.4　編譯器344

8.4.5　解釋器346

8.5　Java：以上全部346

8.6　資料庫軟體351

8.7　事務管理器354

本章小結356

擴展閱讀356

參考文獻357

複習題357

習題358

第9章　可供選擇的體系結構360

9.1　引言360

9.2　RISC設備361

9.3　Flynn分類法365

9.4　並行和多處理器體系結構367

9.4.1　超標量和超長指令字368

9.4.2　向量處理器369

9.4.3　互連網路370

9.4.4　共享存儲器的多處理器373

9.4.5　分散式計算375

9.5　其他的並行處理方法377

9.5.1　數據流計算377

9.5.2　神經網路379

9.5.3　脈動陣列381

9.6　量子計算382

本章小結384

擴展閱讀385

參考文獻385

複習題387

習題388

第10章　嵌入式系統專題390

10.1　引言390

10.2　嵌入式硬體概述391

10.2.1　標準的嵌入式系統硬體391

10.2.2　可重構硬體394

10.2.3　定製設計的嵌入式硬體398

10.3　嵌入式軟體概述403

10.3.1　嵌入式系統的存儲器組織403

10.3.2　嵌入式作業系統404

10.3.3　嵌入式系統的軟體開發406

本章小結407

擴展閱讀408

參考文獻409

複習題410

習題410

第11章　性能測量和分析412

11.1　引言412

11.2　計算機性能公式412

11.3　數學準備工作413

11.3.1　均值的含義413

11.3.2　統計學和語義417

11.4　基準測試418

11.4.1　時鐘頻率、MIPS和FLOPS419

11.4.2　綜合測試基準：Whetstone、Linpack和Dhrystone420

11.4.3　SPEC基準421

11.4.4　事務處理性能委員會基準424

11.4.5　系統仿真428

11.5　CPU性能最佳化428

11.5.1　分支最佳化429

11.5.2　使用好的算法和簡單代碼431

11.6　磁碟性能433

11.6.1　理解問題433

11.6.2　物理因素434

11.6.3　邏輯因素434

本章小結438

擴展閱讀438

參考文獻439

複習題440

習題440

第12章　網路的組成和體系結構444

12.1　引言444

12.2　早期的商用計算機網路444

12.3　早期的學術和科研網路：網際網路的根源和體系結構444

12.4　網路協定I：ISO/OSI統一協定447

12.4.1　一個小故事447

12.4.2　OSI參考模型448

12.5　網路協定II：TCP/IP網路體系結構451

12.5.1　IPv4452

12.5.2　IPv4的麻煩453

12.5.3　傳輸控制協定456

12.5.4　TCP的工作過程457

12.5.5　IPv6460

12.6　網路組成464

12.6.1　物理傳輸介質465

12.6.2　接口卡469

12.6.3　中繼器469

12.6.4　集線器469

12.6.5　交換機470

12.6.6　網橋和網關470

12.6.7　路由器和路由471

12.7　網際網路