计算机组成与结构（第5版）习题详解、实验和CPU设计指导/清华大学计算机系列教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王爱英，杨蔚明 著

图书标签:

• 计算机组成原理
• 计算机体系结构
• 汇编语言
• 数字逻辑
• CPU设计
• 计算机系统
• 清华大学
• 教材
• 习题详解
• 实验指导

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302329763

版次：5

商品编码：11382141

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 清华大学计算机系列教材

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

页数：222

字数：356000

正文语种：中文

内容简介

　　《计算机组成与结构（第5版）习题详解、实验和CPU设计指导/清华大学计算机系列教材》是配合清华大学系列教材《计算机组成与结构（第5版）》而编写的习题详解、实验和CPU设计指导。全书共分两部分：第一部分是为《计算机组成与结构（第5版）》各章编写的习题集及其参考解答；第二部分是计算机的硬件实验与测试方法，是根据作者多年来的教学和科研工作经验编写的。
　　《计算机组成与结构（第5版）习题详解、实验和CPU设计指导/清华大学计算机系列教材》可作为计算机专业和其他相关专业的计算机原理课程的补充教材或课外阅读资料，也可供计算机硬件的设计、制造和维修工程技术人员阅读和参考。

内页插图

目录

第一部分 习题和解答
第1章 计算机系统概论
第2章 计算机的逻辑部件
第3章 运算方法和运算部件
第4章 主存储器
第5章 指令系统
第6章 中央处理器
第7章 存储系统
第8章 辅助存储器
第9章 输入输出（I/O）设备
第10章 输入输出（I/O）系统
第11章 计算机系统和基于互联网的应用
第12章 计算机系统硬件技术的发展及其实施基础

第二部分 实验、设计与测试
第13章 计算机硬件实验概述
第14章 计算机的硬件实验、设计与测试技术（以硬件基础为主）
14.1 实验装置
14.1.1 控制板上安装的元件
14.1.2 实验装置上安装的电路以及测试仪器的使用方法
14.2 实验内容的设计
14.2.1 部件实验
14.2.2 整机实验和CPU设计
14.3 计算机的测试、诊断和稳定性考验
14.3.1 测试、诊断和稳定性考验
14.3.2 为整机实验或计算机测试准备的辅助软件
小结
第15章 计算机设计与测试技术（VHDL和相关的EDA工具）
15.1 硬件描述语言VHDL和相关的电子设计自动化EDA工具简介
15.2 VHDL的基本使用规则
15.2.1 对象、数据类型和运算符
15.2.2 VHDL中使用的语句
15.2.3 设计举例——通用寄存器组的设计
15.3 CPU模型设计举例
小结
参考文献

前言/序言

《深入理解计算机系统：计算机组成与体系结构》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的计算机系统知识体系，从底层原理到实际应用，层层剖析计算机的运作机制。我们不仅仅局限于理论的讲解，更注重引导读者动手实践，理解计算机硬件与软件是如何协同工作的。 核心内容： 数据表示与处理： 深入探讨计算机如何表示和处理数据，包括整数、浮点数的编码方式，以及位运算、逻辑运算和算术运算的底层实现。读者将了解这些基本操作如何影响程序性能和数据的准确性。 指令集体系结构（ISA）： 揭示CPU执行指令的奥秘。我们将详细介绍不同指令集架构（如x86-64）的指令格式、寻址模式以及指令的执行流程。通过理解ISA，读者能够更好地把握汇编语言的精髓，并理解高级语言编译后生成的机器码。 处理器设计与流水线： 带领读者走进CPU的设计殿堂。我们将讲解CPU的基本结构，如算术逻辑单元（ALU）、寄存器文件和控制单元。重点将放在流水线技术上，分析其工作原理、性能提升优势以及可能出现的冲突和解决方法，从而理解现代高性能处理器的设计思想。 存储器系统： 详细阐述计算机存储器的层次结构，从CPU内部的寄存器，到高速缓存（Cache），再到主存（RAM）和外存（如硬盘）。我们将深入讲解缓存的工作原理，包括命中与未命中、写策略等，帮助读者理解存储器访问延迟如何影响程序性能，以及如何通过优化数据访问模式来提高效率。 I/O系统与中断： 探讨输入/输出设备如何与CPU进行交互。我们将介绍各种I/O接口技术、总线结构以及中断机制。读者将理解中断是如何工作的，以及它在实现高效I/O操作和多任务处理中的关键作用。 虚拟存储器： 解释虚拟存储器这一强大的抽象机制。我们将剖析页表、地址翻译、页面置换算法等核心概念，以及它们如何为程序提供独立的地址空间，并有效地管理物理存储器。 链接与加载： 阐述程序在执行前所经历的链接和加载过程。读者将了解编译器、汇编器、链接器和加载器的作用，理解目标文件、可重定位文件和可执行文件的格式，以及它们如何组合成一个可运行的程序。 系统级I/O： 引导读者掌握基本的系统级I/O编程。我们将介绍文件I/O、进程间通信（IPC）等基础概念，并通过实际编程示例，帮助读者理解如何在程序中进行标准的文件读写和进程间的数据交换。 并发与并行： 探讨计算机系统的并发与并行执行。我们将介绍线程、进程的概念，以及它们之间的区别与联系。读者将学习如何编写并发程序，处理共享数据带来的挑战，并理解多核处理器如何实现并行计算。 学习方法： 本书强调理论与实践相结合的学习模式。每一章节都配有精心设计的课后习题，旨在巩固和深化读者对概念的理解。此外，书中的实验部分将引导读者亲手搭建和调试简单的CPU模型，实现基本的指令执行，并探索不同设计对性能的影响。通过这些实践，读者将获得宝贵的硬件设计和调试经验。 目标读者： 本书适合计算机科学、软件工程、电子工程等相关专业的本科生、研究生，以及对计算机系统底层原理感兴趣的软件开发者、系统工程师等。 本书特点： 系统性： 覆盖计算机组成与体系结构的核心知识点，形成完整的知识体系。 深度与广度并存： 既有对基本概念的深入剖析，也涵盖了现代计算机系统中的关键技术。 实践导向： 通过习题和实验，鼓励读者动手实践，将理论知识转化为实际操作能力。 清晰易懂： 语言简洁明了，逻辑清晰，力求让读者轻松掌握复杂概念。 通过学习本书，读者将不仅能够理解计算机是如何工作的，更能培养出解决复杂系统问题的能力，为未来深入学习和开发打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

在学习计算机组成原理的过程中，我常常感到理论知识与实际应用之间存在一道鸿沟。教科书上的概念和公式，虽然重要，但如果缺乏实际的案例和实践的支撑，就很容易变得空洞。这本《计算机组成与结构（第5版）习题详解、实验和CPU设计指导》就像一座桥梁，有效地连接了理论与实践。我尤其赞赏它的习题详解部分，它通过对每一道习题的深入剖析，将抽象的理论知识应用到具体的场景中。例如，在讲解并行处理和多处理器架构时，书中通过一系列问题，引导读者去思考如何分配任务、如何处理数据共享，以及如何保证一致性。这些问题不仅仅是考察知识点，更是培养了一种解决实际问题的能力。实验部分，则提供了宝贵的实践机会。通过在硬件平台上实现一个简单的CPU，我不仅巩固了书本上的知识，更培养了独立解决问题的能力。我深刻体会到，理论的掌握固然重要，但只有通过实践，才能真正理解和掌握这些知识。CPU设计指导部分，更是将整个CPU设计过程进行了系统化的讲解，从指令集的设计到具体硬件模块的实现，都进行了详细的阐述，这让我对CPU的设计有了更深刻的认识，也激发了我对未来深入研究的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑给那些在计算机底层原理探索道路上感到迷茫的学子们带来了福音。我是一名即将步入大三的学生，在学习了《计算机组成原理》课程后，对于书中那些抽象的概念，如流水线、缓存一致性、指令集架构等，总是难以形成一个清晰、连贯的整体认识。尽管课堂上老师们尽力讲解，但课后复习时，面对大量的细节和各种指令的格式、时序，常常感到力不从心。特别是当涉及到一些性能优化的策略时，如果没有实际的案例和具体的代码实现作为支撑，很难真正理解其背后的逻辑和效果。而这本书的出现，恰好填补了这一空白。它的习题详解部分，不仅仅是简单地给出答案，更是对每一个解题思路进行了深入的剖析，从最基本的逻辑门电路，到复杂的CPU流水线模型，再到内存管理单元的设计，每一个步骤都娓娓道来，让你仿佛置身于一个思维的迷宫中，而这本书就是那个指引你走出迷宫的罗盘。我尤其喜欢其中关于中断处理和I/O接口设计的章节，书中通过详细的图示和代码示例，将那些枯燥的硬件交互过程变得生动形象，让我终于理解了CPU是如何与外部设备进行高效通信的。实验指导部分更是让人眼前一亮，它将理论知识与实践操作紧密结合，通过一步步的引导，让你亲手搭建一个简单的CPU模型，从最基础的逻辑门开始，逐渐完成ALU、寄存器组、控制器等关键模块的构建，这种“从零开始”的学习体验，是任何教科书都无法比拟的。通过这些实验，我不仅巩固了书本上的知识，更培养了独立解决问题的能力，这种成就感是难以言喻的。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对计算机底层技术充满好奇心的技术爱好者，我一直致力于寻找一本能够系统性讲解计算机组成原理，并能提供实践指导的书籍。市面上确实有很多相关的书籍，但往往内容过于学术化，或者过于面向工程实践，很难找到一本能够很好地平衡理论与实践，并且深入浅出的。这本《计算机组成与结构（第5版）习题详解、实验和CPU设计指导》恰好填补了这一空白。它的习题详解部分，对于我这种喜欢通过题目来加深理解的学习者来说，简直是福音。每一道题目都设计得非常精巧，能够有效地检验和巩固书中讲授的理论知识。特别是对于那些关于CPU性能优化、指令集设计的题目，在解题过程中，我能够更加清晰地理解各种设计决策背后的权衡和考量。实验指导部分更是让我眼前一亮，它提供了一套完整的实验流程，从搭建开发环境到编写和调试HDL代码，都进行了详细的说明。我通过这些实验，亲手实现了一些CPU的核心模块，这极大地加深了我对CPU内部工作原理的理解。CPU设计指导部分，更是为我打开了一扇新的大门，让我了解到如何从零开始设计一个CPU，以及在设计过程中需要考虑的各种因素，这对于我日后的深入研究非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，对于许多在大学本科阶段学习计算机组成原理课程的学生来说，无疑是一场及时雨。我身边许多同学都反映，在理解那些复杂的硬件抽象模型时，常常感到力不从心，尤其是在面对那些庞大的指令集和繁杂的时序逻辑时。这本教材的习题详解部分，就如同一个耐心细致的辅导老师，能够将那些晦涩难懂的概念，通过一道道精选的习题，一一化解。它不仅仅是给出答案，更重要的是，它详细剖析了每道题的解题思路，从最基础的逻辑推理，到更深层次的性能分析，都力求让读者能够理解背后的原理。我特别喜欢书中关于流水线设计的习题，它们帮助我理解了在多级流水线中，如何处理指令间的依赖关系，如何通过各种优化技术来提高指令吞吐量。而实验部分，更是将理论知识升华为实践技能。通过在FPGA平台上实现一个简单的CPU，我能够亲身感受到指令的执行流程，理解CPU内部各个模块是如何协同工作的。这种“动手实践”的学习方式，比单纯地阅读教材能够获得更深刻的理解。CPU设计指导部分，更是为那些有志于深入研究计算机体系结构的学生提供了宝贵的参考，它揭示了CPU设计背后的逻辑和艺术，让我对未来的学习方向有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种非计算机专业背景，却对计算机底层原理有着浓厚兴趣的读者来说，找到一本既能系统讲解基础知识，又能提供实践指导的书籍，一直是一个不小的挑战。很多书籍要么过于偏重理论，要么过于偏重某一特定领域，很难找到一本能够全面覆盖，并且讲解深入浅出的。这本《计算机组成与结构（第5版）习题详解、实验和CPU设计指导》恰好满足了我的需求。首先，它在习题详解部分做得非常到位，对于那些难以理解的理论知识点，通过题目中的具体应用，能够获得更直观的认识。例如，书中关于内存层次结构的学习，通过一道道关于缓存命中率、缺页中断处理的题目，让我对内存的读写过程以及效率的考量有了更深刻的理解。其次，实验部分的设计非常贴心，它提供了详细的操作步骤和代码示例，即使是初学者也能逐步完成一个简单的CPU搭建。我曾经尝试过自己设计一个简单的累加器，但是在理解指令的执行顺序和控制信号的产生方面遇到了很大的困难，而这本书中的实验恰好弥补了这一方面的不足。最让我惊喜的是CPU设计指导部分，它从更高层面上阐述了CPU设计的思路和方法，让我了解到不仅仅是如何实现一个CPU，更是如何去设计一个高效、可靠的CPU。这本书就像一位经验丰富的导师，在我探索计算机底层世界的道路上，给了我最可靠的指引。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够帮助我从“使用者”思维模式转变为“设计者”思维模式的书籍，尤其是在计算机组成原理这个领域。大多数教科书倾向于讲解“是什么”，而很少深入探讨“为什么”以及“如何设计”。这本书在这方面做得尤为出色。它的习题详解部分，不仅仅是枯燥的解题过程，更是对每一个概念的深入挖掘和应用。例如，在讲解存储器层级结构时，书中通过一系列题目，引导读者去理解缓存的替换策略、写回策略等，并分析不同策略对性能的影响。这让我不再仅仅停留在“知道有缓存”的层面，而是开始思考“如何设计一个更好的缓存”。实验部分，则更是将理论付诸实践。我通过书中的指导，成功地在FPGA上实现了一个能够执行简单指令集的CPU。这个过程让我深刻体会到了硬件设计中的挑战，比如时序约束、信号同步等，也让我对CPU设计有了更直观的感受。CPU设计指导部分，更是将整个CPU设计过程进行了系统化的梳理，从指令集架构的选择，到流水线的设计，再到控制单元的实现，都进行了详细的阐述。这本书让我看到了计算机体系结构设计的深度和广度，也激发了我进一步探索这个领域的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

作为一名研一的学生，我一直在寻找一本能够帮助我深入理解计算机体系结构，并能指导我进行实际硬件设计的参考书。市面上相关的书籍琳琅满目，但很多要么过于理论化，要么过于浅显，很难满足我这种既想打牢基础又希望有所实践的需求。偶然的机会，我翻阅了这本《计算机组成与结构（第5版）习题详解、实验和CPU设计指导》，顿时眼前一亮。这本书的结构设计非常合理，它首先从基础的逻辑门电路开始，逐步深入到CPU的各个核心组件，如ALU、寄存器堆、控制器等，并详细讲解了它们的实现原理和设计要点。而其最大的亮点，在于“CPU设计指导”这一部分。作者没有回避实际设计中遇到的各种挑战，而是通过生动的案例，深入浅出地讲解了如何进行指令集架构的设计、如何实现指令流水线、如何处理缓存一致性等关键问题。书中的习题详解部分更是锦上添花，它不仅仅提供了答案，更重要的是解释了解决问题的思路和方法，能够帮助读者巩固所学知识，并举一反三。实验指导部分也非常实用，它通过一步步的引导，让读者能够亲手搭建一个简易的CPU模型，这对于理解CPU的内部工作原理具有极大的帮助。总而言之，这本书是一本集理论、实践、设计指导于一体的优秀教材，对于任何想要深入理解计算机体系结构，特别是对CPU设计感兴趣的读者来说，都是一本不可多得的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书最令人称道之处在于其对“CPU设计指导”这一部分的详尽阐述。许多传统的计算机组成原理书籍，往往止步于对现有CPU结构的讲解，而很少深入到CPU的设计流程和方法论。这本书却截然不同，它以一种循序渐进的方式，带领读者从最底层的逻辑门电路出发，一步步构建一个功能完整的CPU。作者并非仅仅罗列设计步骤，而是深入解释了每一个模块的设计原理、决策依据以及可能遇到的挑战。例如，在讲解指令译码器的设计时，书中不仅仅给出了多种实现方案，还对比了它们的优劣，并详细说明了在实际设计中会如何权衡取舍，这对于理解CPU设计的复杂性和精妙之处至关重要。此外，书中还探讨了如何进行流水线的设计，如何优化指令冲突，以及如何处理分支预测等高级话题。这些内容对于想要深入了解CPU内部运作机制，甚至有志于从事CPU设计工作的读者来说，无疑是宝贵的财富。我特别欣赏书中对于硬件描述语言（HDL）的运用，它通过实际的Verilog或VHDL代码示例，将抽象的设计理念转化为可执行的指令，让读者能够直观地感受到设计过程，并能够通过仿真来验证自己的设计。这种理论与实践的深度融合，使得学习过程不再是枯燥的记忆，而是充满探索和创造的乐趣。这本书让我看到了计算机硬件的无限可能，也激发了我对微处理器设计更深层次的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

当我刚开始接触计算机体系结构这门课程时，最大的困扰便是那些看似独立却又相互关联的硬件概念。例如，指令集架构（ISA）究竟是如何影响CPU性能的？缓存的工作原理到底是什么？这些抽象的概念，在教科书中往往需要大量的篇幅去阐述，而且如果没有足够的图示和例子，很难真正理解。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅是对知识点的简单罗列，更重要的是，它通过大量的习题详解，将抽象的概念具体化。每一道习题的解析都力求透彻，从最基础的逻辑推理到复杂的性能分析，都一一展现在读者面前。我尤其喜欢书中对于指令流水线中各种冲突（结构冲突、数据冲突、控制冲突）的解析，以及如何通过各种技术（如转发、气泡插入、分支预测）来解决这些冲突。这些内容对于理解现代高性能CPU的设计至关重要。此外，实验指导部分也为我提供了宝贵的实践机会。通过在FPGA平台上实现一个简单的CPU，我能够亲身体验到指令的执行过程，感受到不同设计决策对性能的影响。这种“做中学”的方式，比单纯地阅读理论知识要深刻得多。这本书让我从一个被动的知识接收者，变成了一个主动的探索者，对于我未来的学习和职业发展都将产生深远的影响。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是，它真正地将“理解”而非“记忆”作为学习的核心。在学习过程中，我常常会遇到一些概念，比如虚拟内存、中断向量表等，这些概念在其他教材中可能只是简单地陈述其功能，而这本书则通过大量的习题详解，引导我去理解其背后的工作原理和设计哲学。举个例子，在处理中断时，书中通过详细的习题，让我去理解中断发生时CPU是如何响应的，CPU如何保存当前状态，如何跳转到中断服务程序，以及中断处理完成后如何恢复现场。这个过程比单纯记忆中断的几个步骤要深刻得多。实验部分，更是将理论知识转化为可触摸的现实。通过亲手在FPGA上实现一个简单的CPU，我能够直观地看到指令是如何被取指、译码、执行的。这种“动手实践”的学习体验，让我对CPU的工作流程有了更深刻的理解，也让我对硬件设计的复杂性和精妙之处有了更深的体会。CPU设计指导部分，更是为我提供了一个完整的CPU设计框架，让我了解从指令集的设计到逻辑电路的实现，整个过程是怎样的。这本书让我不再满足于被动地接受知识，而是开始主动地去思考，去探索，去创造。

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配套使用，后面有实验相关的，不错！

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很好的书籍很好的学习必备佳品，，，，希望宣传能给力的，能越做也好，下次还会在来的额，京东给了我不一样的生活，这本书籍给了我不一样的享受，体会到了购物的乐趣，让我深受体会啊。

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③我们的教师为了控制课堂，总担心秩序失控而严格纪律，导致紧张有余而轻松不足。轻松的氛围，使学生没有思想顾忌，没有思想负担，提问可以自由发言，讨论可以畅所欲言，回答不用担心受怕，辩论不用针锋相对。同学们的任何猜想、幻想、设想都受到尊重、都尽可能让他们自己做解释，在聆听中交流想法、

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感觉可以，专业性比较强。

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速度超快，挺好的。。。

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题质疑、成果展示、心得交流、小组讨论、合作学习、疑难解析、观点验证、问题综述。

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质的要求，对教育规律的把握，对教学艺术的领悟，对教学特色的追求。

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于善待“差生”，宽容“差生”。

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速度超快，挺好的。。。