了得網研究生_計算機組成與體繫結構（原書第4版）

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計算機組成與體繫結構（原書第4版）
該商品所屬分類：研究生 -> 工學
【市場價】	640-926元
【優惠價】	400-579元
【作者】	美琳達·納爾Linda
【所屬類別】	圖書教材研究生/本科/專科教材工學
【出版社】	機械工業出版社
【ISBN】	9787111616368
【折扣說明】	一次購物滿999元台幣免運費+贈品一次購物滿2000元台幣95折+免運費+贈品一次購物滿3000元台幣92折+免運費+贈品一次購物滿4000元台幣88折+免運費+贈品
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內容介紹

開本：16開

紙張：膠版紙

包裝：平裝-膠訂

是否套裝：否

國際標準書號ISBN：9787111616368

作者：[美]琳達·納爾(Linda

出版社：機械工業出版社

出版時間：2019年03月

內容簡介

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

作者簡介

Linda Null 艾奧瓦州立大學計算機科學博士，現為賓夕法尼亞州立大學計算機科學繫副教授，計算機科學研究生課程協調員和課程副主席。研究領域包括：計算機組成和體繫結構、操作繫統、計算機科學教育和計算機安全。她已經從事數學和計算機科學教學工作超過35年，是廣受歡迎的教材作者，編寫的教材曾多次獲得美國教材和學術著作者協會頒發的計算機科學與工程教材獎。
Julia Lobur 在計算機工業界和教育界從業超過30年的專業人員。她除了在賓夕法尼亞州立大學兼職教學工作外，還擔任過繫統顧問、高級程序員/分析師、繫統和網絡設計師、軟件開發經理和項目經理等職位。Julia是計算機科學碩士、IEEE認證的軟件開發專業人員。

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
1.3一個實例繫統：喫力地讀專業詞彙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代：電子管計算機（1945～1953年）15
1.5.3第二代：晶體管計算機（1954～1965年）18
1.5.4第三代：集成電路計算機（1965～1980年）20
1.5.5第四代：超大規模集成電路計算機（1980～）20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
1.3一個實例繫統：喫力地讀專業詞彙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代：電子管計算機（1945～1953年）15
1.5.3第二代：晶體管計算機（1954～1965年）18
1.5.4第三代：集成電路計算機（1965～1980年）20
1.5.5第四代：超大規模集成電路計算機（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：機器智能的
推動者——深藍和沃森30
本章小結32
擴展閱讀32
參考文獻33
復習題34
習題35
第2章計算機繫統中的數據表示37
2.1引言37
2.2按位計數繫統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
2.3.32的冪次作為基數的計數繫統之間的轉換41
2.4有符號整數表示42
2.4.1原碼42
2.4.2補碼繫統45
2.4.3有符號數的移碼表示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
2.5.4IEEE-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字符編碼62
2.6.1二進制編碼的十進制63
2.6.2EBCDIC64
2.6.3ASCII64
2.6.4Unicode65
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裡德-所羅門糾錯碼74
本章小結74
擴展閱讀75
參考文獻75
復習題76
習題76
特別關注：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表示布爾函數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繫96
3.4.2集成電路97
3.4.3彙總：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時序邏輯的應用：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
復習題121
習題122
特別關注：卡諾圖128
第4章一個簡單的計算機模型MARIE139
4.1引言139
4.2CPU基本知識和組織結構139
4.2.1寄存器139
4.2.2ALU140
4.2.3140
4.3總線140
4.4時鐘143
4.5輸入/輸出子繫統144
4.6存儲器的組成和尋址方式145
4.7中斷148
4.8MARIE149
4.8.1組織結構149
4.8.2寄存器和總線150
4.8.3指令集架構151
4.8.4寄存器傳輸表示153
4.9指令的執行過程155
4.9.1取指-譯碼-執行周期155
4.9.2中斷和指令周期155
4.9.3MARIE的I/O157
4.10一個簡單的程序157
4.11關於編譯程序的討論159
4.11.1編譯程序的作用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關於譯碼的討論：硬連線和微程序控制166
4.13.1機器控制166
4.13.2硬連線控制169
4.13.3微程序控制171
4.14實際的計算機體繫結構174
4.14.1Intel體繫結構175
4.14.2MIPS體繫結構179
本章小結181
擴展閱讀182
參考文獻183
復習題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
5.2.3CPU內部的存儲：堆棧和寄存器195
5.2.4操作數個數和指令長度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尋址204
5.4.1數據類型204
5.4.2尋址方式205
5.5指令流水線207
5.6指令集架構實例210
5.6.1Intel211
5.6.2MIPS211
5.6.3Java虛擬機212
5.6.4ARM215
本章小結216
擴展閱讀217
參考文獻218
復習題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高速緩存227
6.4.1緩存映射策略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發生緩存失效的時間241
6.4.5緩存寫策略241
6.4.6指令和數據緩存243
6.4.7緩存的級別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彙總：使用緩存、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
復習題256
習題257
第7章輸入/輸出和存儲繫統263
7.1引言263
7.2I/O及其性能263
7.3阿姆達爾定律263
7.4I/O體繫結構266
7.4.1I/O控制方法267
7.4.2字符I/O與塊I/O271
7.4.3I/O總線操作272
7.5數據傳輸模式274
7.5.1並行數據傳輸275
7.5.2串行數據傳輸276
7.6磁盤技術277
7.6.1硬盤驅動器278
7.6.2固態硬盤280
7.7光盤282
7.7.1CD-ROM282
7.7.2DVD285
7.7.3藍光光盤286
7.7.4光盤記錄方式286
7.8磁帶287
7.9RAID290
7.9.1RAID-0290
7.9.2RAID-1291
7.9.3RAID-2291
7.9.4RAID-3292
7.9.5RAID-4293
7.9.6RAID-5293
7.9.7RAID-6294
7.9.8RAID DP295
7.9.9混合RAID繫統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
復習題302
習題303
特別關注：數據壓縮308
第8章繫統軟件3278.1
引言327
8.2操作繫統327
8.2.1操作繫統的歷史328
8.2.2操作繫統的設計332
8.2.3操作繫統的服務332
8.3保護環境335
8.3.1虛擬機336
8.3.2子繫統和分區337
8.3.3保護環境和繫統結構的演變339
8.4編程工具340
8.4.1彙編程序和彙編340
8.4.2鏈接器342
8.4.3動態鏈接庫342
8.4.4編譯器344
8.4.5解釋器346
8.5Java：以上全部346
8.6數據庫軟件351
8.7事務管理器354
本章小結356
擴展閱讀356
參考文獻357
復習題357
習題358
第9章可供選擇的體繫結構360
9.1引言360
9.2RISC設備361
9.3Flynn分類法365
9.4並行和多處理器體繫結構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互連網絡370
9.4.4共享存儲器的多處理器373
9.4.5分布式計算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神經網絡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
復習題387
習題388
第10章嵌入式繫統專題390
10.1引言390
10.2嵌入式硬件概述391
10.2.1標準的嵌入式繫統硬件391
10.2.2可重構硬件394
10.2.3定制設計的嵌入式硬件398
10.3嵌入式軟件概述403
10.3.1嵌入式繫統的存儲器組織403
10.3.2嵌入式操作繫統404
10.3.3嵌入式繫統的軟件開發406
本章小結407
擴展閱讀408
參考文獻409
復習題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
11.4.3SPEC基準421
11.4.4事務處理性能委員會基準424
11.4.5繫統仿真428
11.5CPU性能優化428
11.5.1分支優化429
11.5.2使用好的算法和簡單代碼431
11.6磁盤性能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
復習題440
習題440
第12章網絡的組成和體繫結構444
12.1引言444
12.2早期的商用計算機網絡444
12.3早期的學術和科研網絡：因特網的根源和體繫結構444
12.4網絡協議I：ISO/OSI統一協議447
12.4.1一個小故事447
12.4.2OSI參考模型448
12.5網絡協議II：TCP/IP網絡體繫結構451
12.5.1IPv4452
12.5.2IPv4的麻煩453
12.5.3傳輸控制協議456
12.5.4TCP的工作過程457
12.5.5IPv6460
12.6網絡組成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因特網

前言

致學生
這是一本關於計算機組成與體繫結構的書。它重點研究處理數字信息所需要的各種組件的功能和設計。我們把計算繫統分成一繫列的層次，從低層的硬件到更高層的軟件，包括彙編程序和操作繫統。這些層構成了虛擬機的層次結構。關於計算機組成的研究主要集中在這種層次結構上，包括如何劃分所涉及的層次和如何實現每個層次。關於計算機體繫結構的研究主要集中在硬件和軟件之間的接口上，強調繫統的結構和行為。本書中包含的主要信息涉及計算機硬件、計算機組成和體繫結構以及它們與軟件性能的關繫。
學生總是問，“如果我是一名計算機科學專業的學生，我必須學習計算機硬件嗎？那不是計算機工程師要學的嗎？為什麼我要關心計算機內部是什麼樣子呢？”作為計算機的使用者，我們可能不必關心計算機內部是什麼樣子的，就像開車時我們不需要知道汽車發動機下面是什麼樣子一樣。在不理解高級語言程序如何執行的情況下，我們當然能寫高級語言程序；在不理解各種應用程序包實際如何工作的情況下，我們也可以使用各種應用程序包。但是，當需要使寫出來的程序變得更快和更有效，或者正在使用的應用程序沒有達到要求時，我們該怎麼辦？作為計算機科學家，為了解決這些問題我們需要對計算機繫統本身有基本的理解。致學生
這是一本關於計算機組成與體繫結構的書。它重點研究處理數字信息所需要的各種組件的功能和設計。我們把計算繫統分成一繫列的層次，從低層的硬件到更高層的軟件，包括彙編程序和操作繫統。這些層構成了虛擬機的層次結構。關於計算機組成的研究主要集中在這種層次結構上，包括如何劃分所涉及的層次和如何實現每個層次。關於計算機體繫結構的研究主要集中在硬件和軟件之間的接口上，強調繫統的結構和行為。本書中包含的主要信息涉及計算機硬件、計算機組成和體繫結構以及它們與軟件性能的關繫。
學生總是問，“如果我是一名計算機科學專業的學生，我必須學習計算機硬件嗎？那不是計算機工程師要學的嗎？為什麼我要關心計算機內部是什麼樣子呢？”作為計算機的使用者，我們可能不必關心計算機內部是什麼樣子的，就像開車時我們不需要知道汽車發動機下面是什麼樣子一樣。在不理解高級語言程序如何執行的情況下，我們當然能寫高級語言程序；在不理解各種應用程序包實際如何工作的情況下，我們也可以使用各種應用程序包。但是，當需要使寫出來的程序變得更快和更有效，或者正在使用的應用程序沒有達到要求時，我們該怎麼辦？作為計算機科學家，為了解決這些問題我們需要對計算機繫統本身有基本的理解。
在計算機繫統中，計算機硬件與程序和軟件組件的許多方面之間有一種基本的關繫。為了寫出好軟件，理解整個計算機繫統是非常重要的。理解硬件能夠幫助你解釋有時潛入程序中的神秘錯誤，如分段錯誤和總線錯誤。高級程序員必須具備的計算機組成和計算機體繫結構的知識水平，取決於所要完成的任務。
例如，在寫編譯器程序時，你必須理解運行所編譯的程序的特定硬件。一些在硬件中使用的思想（如流水線）可能適合於編譯技術，從而使編譯器更快和更高效。對大型復雜的實時繫統建模時，你必須理解浮點運算是如何實現和如何工作的（它們不一定是同一回事）。在為視頻設備、磁盤或其他I/O設備寫驅動程序時，一般來說，你需要很好地理解I/O接口和計算機體繫結構。如果你想做嵌入式繫統方面的工作，由於嵌入式繫統通常是非常受資源約束的，你必須理解所有的時間、空間和價格的權衡。在進行硬件、網絡或特殊算法方面的研究和提出硬件、網絡或特殊算法方面的建議時，你必須理解基準測試並且學習如何表示性能結果。在買硬件之前，你需要理解基準測試和其他可以巧妙處理性能結果以“證明”一個繫統比另一個繫統更好的所有方法。不管我們擅長的專業領域是什麼，作為計算機科學家，理解硬件如何與軟件交互是非常重要的。
你可能會奇怪，為什麼英文書名中寫著essentials的書會這麼厚。原因有兩個方面。首先，計算機組成的主題是寬泛和日益發展的。其次，在這個迅速發展的信息海洋中哪些主題是真正的基礎，哪些主題隻是有助於了解這個領域，幾乎沒有共識。這本書的一個目的是符合由ACM和IEEE聯合發布的關於計算機體繫結構課程指南的要求。這個指南包含了專家認可的關於計算機組成和體繫結構主題的基礎核心知識。
我們已經擴大了ACM/IEEE建議的主題，增加了我們認為對繼續研究計算機科學和提高專業水平有用的（未必是基礎的）主題。我們認為這些主題將有助於你繼續在操作繫統、編譯程序、數據庫管理和數據通信等計算機科學領域的學習。本書中包含的其他主題將有助於理解實際繫統在現實生活中是如何工作的。
我們希望你閱讀本書是一次愉快的經歷，並且花時間深入鑽研我們提供的一些材料。我們的目的是在你正式完成課程後，這本書仍將是有用的參考書。雖然我們給了你大量的信息，但這僅是你學習和職業生涯的基礎。成功的計算機專業人員會不斷深入了解計算機工作原理。
致教師
本書是在賓夕法尼亞州立大學哈裡斯堡校區教兩個班的計算機組成和體繫結構課程的基礎上形成的。隨著計算機科學課程的發展，我們發現不僅需要修改課程中所教的材料，而且需要把課程從連續開設兩個學期壓縮為一個學期（三學分）。許多其他學校也已經認識到需要壓縮教材，以便為新出現的主題騰出空間。這門新課程以及這本教材主要是針對計算機科學專業的，旨在討論計算機科學專業學生必須熟悉的計算機組成和體繫結構中的主題。本書整合了這些領域的基本原理，為計算機科學專業的學生提供了必要的廣度，同時為在計算機科學領域繼續學習的學生提供了必要的深度。
在寫本書時，我們的主要目標是改變講授計算機組成和體繫結構課程的典型方式。計算機科學專業的學生在學完計算機組成和體繫結構課程之後，不僅要了解構建數字計算機的重要基本概念，而且還要理解這些概念如何應用於現實世界。這些概念應該超越特定廠家的術語和設計。事實上，學生應該能夠理解給定的特定概念並且能將其翻譯成一般概念，反之亦然。此外，學生必須為進一步的專業學習打下堅實的基礎。
本書介紹的主題是每個計算機科學專業的學生都應該接觸、熟悉或精通的。我們並沒有期望學生能完全掌握所有主題。然而，我們堅信有些主題必須要掌握，有些主題必須有一定程度的了解，有些主題接觸一下就足夠了。
我們不認為孤立地研究一般性的原理就可以把這些主題學到足夠深入。因此，我

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