计算机系列教材：计算机体系结构 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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王志英 等 著

图书标签:

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• 处理器
• 存储系统
• 并行计算
• 性能优化

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302231301

版次：1

商品编码：10400512

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2010-10-01

用纸：胶版纸

页数：324

内容简介

《计算机系列教材：计算机体系结构》参考国内外最经典的教材，重点论述现代大多数计算机体系结构都采用的比较成熟的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，并特别强调采用量化的分析方法。主要内容：计算机体系结构和并行陸等基本概念；计算机指令集结构设计中的一些问题；流水线的基本概念和性能分析，向量处理机的结构及特点、关键技术以及陸能评价；指令级并行，包括利用软、硬件技术开发程序中存在的指令间并行陸的技术和方法；存储层次，包括Cache的基本知识、降低Cache失效率的方法、减少Cache失效开销的方法以及减少命中时间的方法；输入输出系统，包括外部存储设备、I／O设备与CPU和存储器的连接、廉价磁盘冗余阵列RAID，I／O系统性能分析；多处理机，包括多处理机的存储器体系结构、互连网络、同步机制以及同时多线程技术；机群计算机，包括机群的结构、软件模型以及机群的分类，并介绍4个典型的机群系统。
《计算机系列教材：计算机体系结构》内容的可读性好，语言简练，深入浅出，通俗易懂。适合作为高等院校计算机科学与技术学科各专业以及自动化、电子工程等相关专业本科生、研究生的教材，也可作为计算机领域工程技术人员的参考书。

目录

第1章 计算机体系结构的基本概念
1．1 计算机体系结构的概念
1．1．1 存储程序计算机
1．1．2 计算机体系结构、组成和实现
1．1．3 计算机系统中的层次概念
1．1．4 系列机和兼容

1．2 计算机体系结构的发展
1．2．1 计算机分代、分型与分类
1．2．2 软件的发展
1．2．3 应用的发展
1．2．4 集成电路的发展
1．2．5 计算机体系结构的发展
1．2．6 并行处理技术的发展

1．3 计算机系统设计和分析
1．3．1 成本与价格
1．3．2 基准测试程序
1．3．3 量化设计的基本原则
1．4 小结
习题1
第2章 指令系统
第3章 流水线技术
第4章 指令级并行
第5章 存储层次
第6章 输入输出系统
第7章 多处理机
第8章 机群计算机
参考文献

前言/序言

《计算机系列教材：计算机体系结构》一书，聚焦于计算机系统的核心设计与运作原理，为读者勾勒出一幅宏大而精密的蓝图。本书旨在深入剖析现代计算机之所以能够高效、稳定地执行复杂指令的内在机制，其内容涵盖了从最基础的硬件组件到复杂的系统级优化，层层递进，力求让读者对计算机的“骨骼”与“灵魂”有透彻的理解。 第一部分：指令集体系结构 (ISA) 的基石 本书的开篇，将带领读者走进指令集体系结构 (Instruction Set Architecture, ISA) 的世界。ISA 是软件与硬件之间的桥梁，定义了处理器能够理解并执行的指令集。我们将详细探讨不同 ISA 的设计哲学，如 RISC (精简指令集计算机) 和 CISC (复杂指令集计算机) 的优劣势，以及它们在现代计算中的演变。读者将了解到指令的格式、寻址模式、数据类型以及基本的操作指令，例如算 যুক্তি、逻辑、数据传输和控制流指令。通过对经典 ISA 的分析，如 MIPS、ARM 和 x86，我们将揭示 ISA 设计如何影响指令的效率、编译器的优化以及系统的性能。此外，还将深入研究流水线 (pipelining) 的概念，这是现代处理器提高指令执行吞吐量的关键技术。我们将详细解析流水线的工作原理、潜在的冲突（如结构冲突、数据冲突和控制冲突），以及解决这些冲突的各种技术，如转发 (forwarding) 和分支预测 (branch prediction)。理解流水线对于掌握现代处理器的高效运作至关重要。 第二部分：处理器设计与流水线深入解析 在此基础上，本书将进一步深入到处理器的微体系结构 (Microarchitecture) 设计。我们将详细阐述如何将 ISA 的指令转化为实际的硬件操作。这包括对数据通路 (datapath) 的设计，即指令执行过程中数据流动的路径，以及控制单元 (control unit) 的设计，负责生成控制信号以协调数据通路的各个组件。我们将重点解析指令流水线的实现细节，包括五个阶段（取指、译码、执行、访存、写回）的细致划分，以及如何在每个阶段进行优化以提高性能。读者将学习到如何设计和分析各种流水线结构，例如超标量 (superscalar) 处理器，它能够同时执行多条指令；以及乱序执行 (out-of-order execution) 引擎，通过重新安排指令的执行顺序来隐藏延迟，进一步提升处理器性能。此外，我们还将探讨分支预测的各种算法，包括静态分支预测、动态分支预测，以及更复杂的基于历史记录的分支预测器，它们对于减少流水线停顿、提高程序执行效率有着举足轻重的作用。 第三部分：存储器体系结构与性能优化 计算机的性能很大程度上取决于其存储器系统。本书将花费大量篇幅探讨存储器体系结构，从最靠近处理器的寄存器文件，到高速缓存 (cache memories)，再到主存 (main memory)，直至最后的辅助存储设备。我们将深入讲解缓存的工作原理，包括缓存的组织形式（直接映射、组相联、全相联）、块大小、写策略 (write-through, write-back) 以及替换策略 (LRU, FIFO)。读者将学习如何分析缓存的命中率 (hit rate) 和未命中率 (miss rate)，以及如何通过调整缓存参数来优化程序性能。此外，我们将探讨虚拟存储器 (virtual memory) 的概念，它允许程序使用比物理内存更大的地址空间，并提供了内存保护和共享机制。我们将详细解析页表 (page table) 的结构、页面置换算法 (page replacement algorithms)，以及 TLB (Translation Lookaside Buffer) 的作用，这些都是实现高效虚拟存储器的关键。本书还将讨论不同类型存储器的性能特点，如 DRAM (动态随机存取存储器) 和 SRAM (静态随机存取存储器) 的区别，以及固态硬盘 (SSD) 和传统硬盘 (HDD) 的性能差异，并探讨如何针对这些特性进行程序优化。 第四部分：输入/输出 (I/O) 系统与并行处理 除了处理器和存储器，计算机的输入/输出 (I/O) 系统也是不可或缺的一部分。本书将解析各种 I/O 设备的工作原理，以及它们与中央处理器 (CPU) 和存储器之间的交互方式。我们将深入探讨 I/O 控制器、总线 (bus) 结构，以及各种 I/O 传输模式，如程序控制 I/O、中断驱动 I/O 和直接内存访问 (DMA)。DMA 技术允许 I/O 设备直接与主存进行数据传输，从而减轻 CPU 的负担，提高系统整体吞吐量。 随着计算需求的日益增长，并行处理已成为提高计算能力的主流途径。本书将介绍不同层级的并行性，包括指令级并行性 (ILP)（已在处理器设计中讨论）、数据级并行性 (DLP) 和任务级并行性 (TLP)。我们将详细讲解向量处理器 (vector processors) 和图形处理器 (GPUs) 的架构，它们如何利用数据级并行性来加速大规模数据处理任务，如科学计算、图像渲染和机器学习。此外，本书还将触及多核处理器 (multi-core processors) 的设计，以及如何利用任务级并行性来同时执行多个独立的计算任务。我们将探讨并行编程模型和挑战，例如同步 (synchronization)、通信 (communication) 和负载均衡 (load balancing) 等问题。 第五部分：性能评估与高级主题 为了量化计算机体系结构的性能，本书将介绍各种性能评估方法和基准测试 (benchmarks)。读者将学习如何使用指令计数、时钟周期、CPI (Cycles Per Instruction) 等指标来分析程序执行的效率，并了解 SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) 等行业标准的基准测试套件在评估处理器、内存和系统性能方面的作用。 最后，本书还将对一些高级主题进行探讨，以期为读者提供更广阔的视野。这可能包括多处理器系统 (multiprocessor systems) 的互连网络 (interconnection networks) 设计，例如共享总线、交叉开关网络和分布式共享内存系统；以及对新兴的计算范式，如量子计算 (quantum computing) 和神经形态计算 (neuromorphic computing) 的初步介绍，揭示它们可能带来的颠覆性变革。 总而言之，《计算机系列教材：计算机体系结构》旨在为读者构建一个坚实而全面的计算机系统知识体系。通过对 ISA、处理器设计、存储器系统、I/O 和并行处理的深入剖析，本书将帮助读者理解计算机硬件是如何工作的，以及如何设计更高效、更强大的计算系统。无论是计算机科学专业的学生，还是希望深入了解计算机内在运作机制的从业者，本书都将是一份宝贵的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的让我耳目一新，《计算机系列教材：计算机体系结构》不仅仅是一本教科书，更像是一次深入计算机灵魂的对话。我之前接触过一些计算机相关的书籍，但很多都过于侧重于软件的实现细节，而这本书则将我带到了一个更根本的层面。它以一种非常系统化的方式，讲解了计算机系统中各个组成部分是如何协同工作的。我一直对指令集架构（ISA）感到好奇，这本书详细阐述了不同ISA的特点和设计哲学，让我明白了为什么不同的处理器会有不同的指令集，以及这会对软件开发产生怎样的影响。另外，关于存储器的管理和优化，以及其与CPU之间的交互，也进行了深入的剖析，让我对计算机的整体性能瓶颈有了更深刻的理解。书中还涉及了一些关于功耗和能效的讨论，这在当下这个时代也显得尤为重要。总而言之，这本书为我打开了一扇新的大门，让我能够从硬件层面更全面地理解计算机系统。

评分☆☆☆☆☆

终于找到一本能让我真正理解“性能”这个词的含金量的书了。《计算机系列教材：计算机体系结构》这本书，没有辜负我对“体系结构”这个词的期待。它不像那些只关注算法或者软件设计的书籍，而是把重点放在了硬件如何支持软件高效运行。我印象特别深刻的是关于CPU设计的部分，详细讲解了指令译码、执行、写回等阶段，还有各种预测技术和分支处理，让我对CPU为什么会越来越快有了更深刻的认识。书中对内存层次结构和缓存的讲解也十分到位，解释了为什么程序运行速度会受到内存访问速度的影响，以及如何通过合理的设计来缓解这个问题。而且，它还触及了一些关于并行计算和多核处理器的内容，虽然我之前对这些概念有所耳闻，但从未如此清晰地理解它们是如何工作的，以及它们为现代计算带来的巨大飞跃。这本书的作者显然是行业内的资深人士，他的经验和见解在这本书中得到了充分的体现，让我觉得学到的不仅仅是知识，更是宝贵的工程思想。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《计算机系列教材：计算机体系结构》这本书在内容深度和广度上都做得相当出色，我在这本书中获得了很多以前从未接触过的知识点。它不仅仅停留在理论层面，而是将理论与实际应用相结合，让我能够理解这些体系结构概念在现实世界中的重要性。例如，书中关于I/O系统的讲解，让我明白了我平时使用的各种存储设备和网络接口是如何与CPU进行通信的，以及其中的效率瓶颈在哪里。还有对虚拟化技术的探讨，让我对云服务器和虚拟机的工作原理有了更清晰的认识。我特别欣赏作者在处理复杂技术时的清晰思路和逻辑结构，即使是那些看似晦涩难懂的概念，在他的笔下也变得易于理解。这本书的案例分析也非常丰富，通过实际的例子来解释抽象的理论，大大增强了我的学习兴趣和理解能力。这本书绝对是计算机科学专业学生或者对计算机硬件感兴趣的工程师不可多得的参考书。

评分☆☆☆☆☆

《计算机系列教材：计算机体系结构》这本书的内容，可以说彻底颠覆了我之前对计算机的一些固有认知。它以一种极其详尽且富有逻辑性的方式，剖析了计算机系统的底层构造。我一直对CPU的指令流水线技术感到困惑，这本书通过生动形象的比喻和图示，将复杂的流水线原理和各种优化技术，如超标量、乱序执行等，清晰地呈现在我面前，让我豁然开朗。同时，书中对存储器体系结构，包括高速缓存（Cache）的工作机制、多级缓存的策略，以及它们如何影响程序性能，都进行了深入的分析，这些细节的处理让我觉得作者在知识的传授上可谓是煞费苦心。此外，它还触及了总线协议、中断机制以及DMA（直接内存访问）等关键概念，让我对数据在计算机内部的流动有了更全面的认识。这本书的价值在于它能够帮助读者建立起一个坚实的理论框架，从而能够更深入地理解和分析各种计算机系统。

评分☆☆☆☆☆

这本《计算机系列教材：计算机体系结构》简直是为我量身定做的！作为一个对计算机底层运作原理一直充满好奇但又不知从何下手的人，这本书提供的切入点非常棒。它没有直接跳到晦涩难懂的汇编语言或者复杂的逻辑门电路，而是从一个宏观的视角，逐步揭示了计算机这台“机器”是如何思考和工作的。书中的插图和图示非常直观，那些抽象的概念，比如指令集架构、流水线技术、缓存机制，在作者的娓娓道来中变得清晰可见。我尤其喜欢它对于不同层次抽象的讲解，从应用层到硬件层，层层递进，让我能够理解一个简单的“print”命令背后到底经历了多少步精妙的设计和协调。以前总觉得计算机是个黑盒子，现在感觉自己好像拿到了一把钥匙，能够窥探到它内部的运作奥秘。它不是那种照本宣科的书，而是充满了引导性和启发性，让我感觉自己正在进行一场探索之旅，而不是被动地接收信息。对于初学者来说，这本书的价值无法估量，它建立了一个坚实的基础，为我未来深入学习更高级的主题铺平了道路。

评分☆☆☆☆☆

《计算机系列教材：计算机体系结构》参考国内外最经典的教材，重点论述现代大多数计算机体系结构都采用的比较成熟的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，并特别强调采用量化的分析方法。主要内容：计算机体系结构和并行陸等基本概念；计算机指令集结构设计中的一些问题；流水线的基本概念和性能分析，向量处理机的结构及特点、关键技术以及陸能评价；指令级并行，包括利用软、硬件技术开发程序中存在的指令间并行陸的技术和方法；存储层次，包括Cache的基本知识、降低Cache失效率的方法、减少Cache失效开销的方法以及减少命中时间的方法；输入输出系统，包括外部存储设备、I／O设备与CPU和存储器的连接、廉价磁盘冗余阵列RAID，I／O系统性能分析；多处理机，包括多处理机的存储器体系结构、互连网络、同步机制以及同时多线程技术；机群计算机，包括机群的结构、软件模型以及机群的分类，并介绍4个典型的机群系统。《计算机系列教材：计算机体系结构》内容的可读性好，语言简练，深入浅出，通俗易懂。适合作为高等院校计算机科学与技术学科各专业以及自动化、电子工程等相关专业本科生、研究生的教材，也可作为计算机领域工程技术人员的参考书。计算机体系结构（ComputerArchitecture）是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。按照计算机系统的多级层次结构，不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。一般来说，低级机器的属性对于高层机器程序员基本是透明的，通常所说的计算机体系结构主要指机器语言级机器的系统结构。经典的关于“计算机体系结构（computerarchitecture）”的定义是1964年C.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出的，其具体描述为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性” 计算机体系结构就是指适当地组织在一起的一系列系统元素的集合，这些系统元素互相配合、相互协作，通过对信息的处理而完成预先定义的目标。通常包含的系统元素有：计算机软件、计算机硬件、人员、数据库、文档和过程。其中，软件是程序、数据结构和相关文档的集合，用于实现所需要的逻辑方法、过程或控制；硬件是提供计算能力的电子设备和提供外部世界功能的电子机械设备(例如传感器、马达、水泵等)；人员是硬件和软件的用户和操作者；数据库是通过软件访问的大型的、有组织的信息集合；文档是描述系统使用方法的手册、表格、图形及其他描述性信息；过程是一系列步骤，它们定义了每个系统元素的特定使用方法或系统驻留的过程性语境。

评分☆☆☆☆☆

计算机系列教材计算机体系结构在书店看上了这本书一直想买可惜太贵又不打折，回家决定上京东看看，果然有折扣。毫不犹豫的买下了，京东速度果然非常快的，从配货到送货也很具体，快递非常好，很快收到书了。书的包装非常好，没有拆开过，非常新，可以说无论自己阅读家人阅读，收藏还是送人都特别有面子的说，特别精美各种十分美好虽然看着书本看着相对简单，但也不遑多让，塑封都很完整封面和封底的设计、绘图都十分好画让我觉得十分细腻具有收藏价值。书的封套非常精致推荐大家购买。打开书本，书装帧精美，纸张很干净，文字排版看起来非常舒服非常的惊喜，让人看得欲罢不能，每每捧起这本书的时候似乎能够感觉到作者毫无保留的把作品呈现在我面前。作业深入浅出的写作手法能让本人犹如身临其境一般，好似一杯美式咖啡，看似快餐，其实值得回味无论男女老少，第一印象最重要。从你留给别人的第一印象中，就可以让别人看出你是什么样的人。所以多读书可以让人感觉你知书答礼，颇有风度。多读书，可以让你多增加一些课外知识。培根先生说过知识就是力量。不错，多读书，增长了课外知识，可以让你感到浑身充满了一股力量。这种力量可以激励着你不断地前进，不断地成长。从书中，你往往可以发现自己身上的不足之处，使你不断地改正错误，摆正自己前进的方向。所以，书也是我们的良师益友。多读书，可以让你变聪明，变得有智慧去战胜对手。书让你变得更聪明，你就可以勇敢地面对困难。让你用自己的方法来解决这个问题。这样，你又向你自己的人生道路上迈出了一步。多读书，也能使你的心情便得快乐。读书也是一种休闲，一种娱乐的方式。读书可以调节身体的血管流动，使你身心健康。所以在书的海洋里遨游也是一种无限快乐的事情。用读书来为自己放松心情也是一种十分明智的。读书能陶冶人的情操，给人知识和智慧。所以，我们应该多读书，为我们以后的人生道路打下好的、扎实的基础！读书养性，读书可以陶冶自己的性情，使自己温文尔雅，具有书卷气读书破万卷，下笔如有神，多读书可以提高写作能力，写文章就才思敏捷旧书不厌百回读，熟读深思子自知，读书可以提高理解能力，只要熟读深思，你就可以知道其中的道理了读书可以使自己的知识得到积累，君子学以聚之。总之，爱好读书是好事。让我们都来读书吧。其实读书有很多好处,就等有心人去慢慢发现.最大的好处是可以让你有属于自己的本领靠自己生存。最后在好评一下京东客服服务态度好，送货相当快,包装仔细！这个也值得赞美下希望京东这样保持下去，越做越好

评分☆☆☆☆☆

我常在京东买书。我认为，对于看书，比方向更重要的是态度，比态度更重要的是毅力。“任尔东南西北风，咬定青山不放松。”一天爱读书容易，一辈子爱读书不易。任何人都可以使梦想成为现实，但首先你必须拥有能够实现这一梦想的信念。有信念自有毅力，有毅力才能成功。有一位教育家说过，教师的定律，一言以蔽之，就是你一旦今日停止成长，明日你就将停止教学。身为教师，必须成为学习者。“做一辈子教师”必须“一辈子学做教师”。教师只有再度成为学生，才能与时俱进，不断以全新的眼光来观察和指导整个教育过程。使广大教师牢固树立终身学习的理念，创造性地开展教书育人工作。

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不错的一本书，朋友推荐的。看着还可以

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很不错的书。。值得购买。。。

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挺好用的。就是不知道讲的是什么

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20多年前看过这类书，现在再看内容变了很多，令人唏嘘啊！

评分☆☆☆☆☆

很不错的书。。值得购买。。。

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20多年来，我始终把读书和教书结合起来，创新教、创新读、创新用，在用中创新。我先后在《人民教育》、《小学语文教学》、《小学语文教师》等国家级、省部级以上报刊发表论文200余篇。我联系教改实际，撰写的《自由作文法》、《对话作文法》、《听话作文法》、《情趣作文法》等论文，产生了较好的反响。目前，我已公开出版了《作文闯关》、《小学生快速创新作文教与学》丛书等著述69卷。还获得了三项国家级发明专利。