計算機組成與結構(第5版)(清華大學計算機係列教材) 王愛英 9787302290117 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王愛英 著

圖書標籤:

• 計算機組成原理
• 計算機體係結構
• 數字邏輯
• 匯編語言
• 計算機科學
• 高等教育
• 教材
• 王愛英
• 清華大學
• 計算機專業

店鋪： 博遠慧達圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302290117

商品編碼：10984713066

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

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基本信息

書名:計算機組成與結構(第5版)(清華大學計算機係列教材)

定價：35.00元

作者:王愛英

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2013-01-01

ISBN：9787302290117

字數：

頁碼：

版次：5

裝幀：平裝

開本：大32開

商品重量：0.522kg

編輯推薦

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內容提要

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《計算機組成與結構（第5版）》共分12章。第1章～第10章主要論述計算機的基本組成原理和結構，內容包括數製和碼製，基本邏輯部件，構成計算機係統的中央處理器(cpu)、存儲器係統以及輸入輸齣(i/o)係統等。第11章討論瞭計算機係統和基於互聯網的應用。第12章介紹瞭計算機硬件技術的發展及其實施基礎。
《計算機組成與結構（第5版）》可作為理工科大學生學習“計算機組成與結構”課程或“計算機組成原理”課程的教材，也可供計算機研發和應用領域的工程技術人員參考。

目錄

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目錄迴到頂部↑《計算機組成與結構（第5版）》
第1章 計算機係統概論
1.1 計算機的誕生和發展
1.2 計算機的硬件
1.3 計算機的軟件
1.4 計算機網絡基礎
習題
第2章 計算機的邏輯部件
2.1 計算機中常用的組閤邏輯電路
2.1.1 三態電路
2.1.2 異或門及其應用
2.1.3 加法器
2.1.4 譯碼器
2.1.5 數據選擇器
2.2 時序邏輯電路
2.2.1 觸發器
2.2.2 寄存器和移位寄存器
2.2.3 計數器
2.3 陣列邏輯電路
2.3.1 隻讀存儲器(rom)

.2.3.2 可編程序邏輯陣列(pla)
2.3.3 可編程序陣列邏輯(pal)
2.3.4 通用陣列邏輯(gal)
2.3.5 門陣列(ga)、宏單元陣列(mca)和標準單元陣列(sca)
2.3.6 現場可編程序門陣列(fpga)
習題
第3章 運算方法和運算部件
3.1 數據的錶示方法和轉換
3.1.1 數值型數據的錶示和轉換
3.1.2 十進製數的編碼與運算
3.2 帶符號的二進製數據在計算機中的錶示方法及加減法運算
3.2.1 原碼、補碼、反碼及其加減法運算
3.2.2 加減法運算的溢齣處理
3.2.3 定點數和浮點數
3.3 二進製乘法運算
3.3.1 定點數一位乘法
3.3.2 定點數二位乘法
3.3.3 陣列乘法器
3.4 二進製除法運算
3.4.1 定點除法運算
3.4.2 提高除法運算速度的方法舉例
3.5 浮點數的運算方法
3.5.1 浮點數的加減法運算
3.5.2 浮點數的乘除法運算
3.6 運算部件
3.7 數據校驗碼
3.7.1 奇偶校驗碼
3.7.2 海明校驗碼
3.7.3 循環冗餘校驗(crc)碼
習題
第4章 主存儲器
4.1 主存儲器分類、技術指標和基本操作
4.2 讀/寫存儲器
4.3 非易失性半導體存儲器
4.4 存儲器的組成與控製
4.5 多體交叉存儲器
習題
第5章 指令係統
5.1 指令係統的發展
5.2 指令格式
5.2.1 指令格式
5.2.2 指令操作碼的擴展技術
5.2.3 指令長度與數據字長的關係
5.3 尋址方式
5.4 指令類型
5.4.1 指令的分類及功能
5.4.2 雙字長運算(子程序舉例)
5.4.3 指令係統的兼容性
5.5 精簡指令係統計算機(risc)和復雜指令係統計算機(cisc)
5.5.1 cisc的特點
5.5.2 risc的産生與發展
5.5.3 risc的特點
5.6 指令係統舉例
5.6.1 sparc的指令係統
5.6.2 pentium微處理器指令係統
5.7 機器語言、匯編語言和高級語言
習題
第6章 中央處理器
6.1 控製器的組成
6.1.1 控製器的功能
6.1.2 控製器的組成
6.1.3 指令執行過程（運算器與控製器配閤）
6.2 微程序控製計算機的基本工作原理
6.2.1 微程序控製的基本概念
6.2.2 實現微程序控製的基本原理
6.3 微程序設計技術
6.3.1 微指令控製字段的編譯法
6.3.2 微程序流的控製
6.3.3 微指令格式
6.3.4 微程序控製存儲器和動態微程序設計
6.3.5 微程序設計語言
6.4 硬布綫控製的計算機
6.4.1 時序與節拍
6.4.2 操作控製信號的産生
6.4.3 硬布綫控製器的組成
6.4.4 硬布綫控製邏輯設計中的若乾問題
6.4.5 控製器的控製方式
6.5 流水綫工作原理
6.6 cpu舉例
6.6.1 risc的cpu
6.6.2 pentium微處理器
6.7 計算機的供電
習題
第7章 存儲係統
7.1 存儲係統的層次結構
7.2 高速緩衝存儲器(cache)
7.2.1 cache工作原理
7.2.2 cache組織
7.2.3 多層次cache
7.3 虛擬存儲器
7.3.1 主存-輔存層次信息傳送單位和存儲管理
7.3.2 頁式虛擬存儲器
7.3.3 段頁式虛擬存儲器
7.3.4 虛擬存儲器工作的全過程
7.3.5 存儲管理部件(mmu)
7.4 相聯存儲器
7.5 存儲保護
習題
第8章 輔助存儲器
8.1 磁錶麵存儲器的種類與技術指標
8.2 磁記錄原理與記錄方式
8.2.1 磁記錄原理
8.2.2 磁記錄介質與磁頭
8.2.3 磁記錄方式
8.3 磁盤存儲器
8.3.1 磁盤存儲器的種類及基本結構
8.3.2 硬磁盤驅動器(hdd)及硬磁盤控製器(hdc)
8.3.3 磁盤cache
8.3.4 磁盤陣列存儲器
8.4 磁帶存儲器
8.4.1 磁帶機的結構
8.4.2 循環冗餘校驗碼(crc)
8.4.3 磁帶機的進展情況
8.5 光盤存儲器
8.5.1 光盤存儲器種類
8.5.2 光盤存儲器的組成和讀寫原理
8.6 固態盤
習題
第9章 輸入輸齣(i/o)設備
9.1 外部設備概述
9.2 輸入設備
9.2.1 鍵盤
9.2.2 光筆、圖形闆和畫筆(或遊動標)輸入
9.2.3 鼠標、跟蹤球和操作杆輸入
9.2.4 觸摸屏
9.2.5 圖像輸入設備(攝像機、攝像頭和數碼相機)
9.2.6 條形碼
9.2.7 光學字符識彆(ocr)技術和語音文字輸入係統
9.3 輸齣設備——顯示器
9.3.1 顯示技術中的有關術語
9.3.2 顯示設備種類
9.3.3 圖形和圖像顯示
9.4 輸齣設備——打印機
9.4.1 點陣針式打印機
9.4.2 激光打印機
9.4.3 噴墨打印機
9.4.4 熱轉印打字機
9.4.5 打印機的發展趨勢
9.5 漢字處理技術
9.5.1 漢字編碼標準
9.5.2 漢字的輸入方法
9.5.3 漢字的存儲
9.5.4 漢字的輸齣
習題
第10章 輸入輸齣(i/?o)係統
10.1 輸入輸齣(i/o)係統概述
10.1.1 輸入輸齣設備的編址及設備控製器的基本功能
10.1.2 i/o設備數據傳送控製方式
10.2 程序中斷輸入輸齣方式
10.2.1 中斷的作用、産生和響應
10.2.2 中斷處理
10.2.3 程序中斷設備接口的組成和工作原理
10.3 dma輸入輸齣方式
10.3.1 dma的3種工作方式
10.3.2 dma控製器組成
10.3.3 dma的數據傳送過程
10.4 i/o通道控製方式
10.5 總綫結構
10.5.1 總綫類型
10.5.2 總綫組成
10.5.3 微機總綫
10.6 外設接口
10.6.1 ata (ide）和sata接口
10.6.2 scsi、sas和iscsi接口
10.6.3 光縴通道和infiniband
10.6.4 pcmcia
10.6.5 串行通信接口usb和ieee 1394
10.6.6 pentium處理器外圍接口（芯片組）介紹
10.7 網絡存儲——san和nas
習題
第11章 計算機係統和基於互聯網的應用
11.1 操作係統
11.1.1 管理計算機係統中的硬件資源
11.1.2 支持應用程序和人機對話
11.2 計算機網絡
11.2.1 互聯網(inter)層次結構
11.2.2 網絡操作係統
11.2.3 實現計算機網絡的硬件與技術
11.2.4 inter的應用
11.3 客戶機/服務器結構和瀏覽器/服務器結構
11.4 物聯網
11.5 數據中心
11.6 雲計算
11.6.1 基本概念
11.6.2 雲種類
11.6.3 雲計算關鍵技術
習題
第12章 計算機係統硬件技術的發展及其實施基礎
12.1 計算機係統的性能評測
12.2 微機和微處理器的普及和發展
12.2.1 微機和微處理器
12.2.2 嵌入式計算機和片上係統
12.2.3 智能卡和射頻識彆(rfid)標簽
12.3 提高計算機係統性能的措施與實現
12.3.1 服務器的結構
12.3.2 超級標量處理機、超級流水綫處理機和超長指令字處理機
12.3.3 嚮量處理機
12.3.4 多處理機係統
12.4 計算機硬件設計和實現導論
12.4.1 計算機硬件的總體設計
12.4.2 集成電路設計過程和vhdl
12.4.3 電子設計自動化(eda)
習題
習題答案
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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深入理解計算的基石：硬件、軟件與交互的精妙融閤 在信息爆炸的時代，計算機已滲透到我們生活的方方麵麵，從智能手機到超級計算機，它們無處不在，默默支撐著現代社會的運轉。然而，你是否曾好奇，這些看似神奇的機器背後，究竟隱藏著怎樣的運作原理？是什麼讓冰冷的金屬和電子元件能夠理解並執行我們發齣的指令？又是什麼使得軟件與硬件之間能夠如此默契地協同工作？ 本書並非直接探討某一本具體的計算機教材，而是旨在為你揭示計算機科學最核心的奧秘，帶你踏上一段深入理解計算本質的探索之旅。我們將超越錶麵的用戶界麵，深入到計算機的內部，去探尋那些支撐起這一切的 fundamental principles。這是一次關於硬件、軟件以及它們之間復雜交互的全麵解析，旨在構建你對計算機係統結構深刻而紮實的理解。 硬件的語言：從基本邏輯到復雜係統 計算機的硬件是其得以運行的物理基礎。我們將從最基本的構建模塊——邏輯門齣發，這些由晶體管構成的基本元件，是所有數字邏輯運算的基石。理解AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等邏輯門的工作原理，就像學習字母一樣，是理解更復雜電路的基礎。我們將看到，如何利用這些簡單的邏輯門組閤，構建齣能夠進行加法、減法等基本算術運算的算術邏輯單元（ALU），這是CPU的核心組成部分之一。 隨後，我們將目光轉嚮存儲器。數據和指令如何被存儲和檢索？我們將深入瞭解不同類型的存儲器，從速度極快的寄存器，到容量巨大但速度稍慢的主存儲器（RAM），再到長期存儲的二級存儲器（硬盤、固態硬盤）。我們將探討它們的工作原理、性能特點以及它們在整個計算機係統中的作用。你將瞭解到，數據在這些不同層次的存儲器之間是如何流動，以及為什麼存在這樣的分層結構——為瞭在速度和成本之間取得平衡。 接下來，我們將聚焦於計算機的中央處理器（CPU），也就是計算機的“大腦”。我們將剖析CPU內部的構成，包括指令譯碼器、控製器、ALU以及寄存器文件。我們將詳細解釋指令周期——CPU如何獲取、解碼和執行一條指令的完整過程。你將瞭解到，CPU如何通過精密的時鍾信號來協調其內部各個部件的工作，如何進行指令流水綫（pipelining）以提高執行效率，以及現代CPU中引入的超標量（superscalar）和亂序執行（out-of-order execution）等高級技術，是如何進一步榨乾硬件性能的。 我們還將探討輸入/輸齣（I/O）係統，它是計算機與外部世界交互的橋梁。從鍵盤、鼠標到顯示器、打印機，以及網絡接口卡，這些設備如何與CPU和主存儲器進行通信？我們將瞭解總綫的概念，它是連接CPU、內存和I/O設備的關鍵通道。你將學習到中斷機製，它是CPU如何響應外部事件和I/O設備請求的重要方式。此外，我們還將觸及DMA（直接內存訪問），它允許I/O設備直接與主存儲器進行數據傳輸，而無需CPU的乾預，極大地提高瞭I/O的效率。 軟件的靈魂：指令、數據與抽象 如果硬件是計算機的軀體，那麼軟件就是它的靈魂。我們將從最底層的機器語言開始，它是CPU唯一能夠直接理解的二進製指令集。你將瞭解到，每一條機器指令都對應著一個特定的操作，如加載數據、進行計算或跳轉到另一個指令。 然而，直接編寫機器語言是極其睏難且效率低下的。因此，我們引入瞭匯編語言，它使用助記符來代錶機器指令，提供瞭一層初步的抽象。雖然匯編語言仍然與特定的硬件架構緊密相關，但它大大提高瞭編程的可讀性和效率。我們將看到，匯編器如何將匯編代碼翻譯成機器碼。 隨著計算機功能的日益復雜，對更高層級的抽象的需求也日益迫切。這就引齣瞭高級程序設計語言，如C、Java、Python等。這些語言使用更接近人類自然語言的語法和邏輯，使得程序員能夠專注於解決問題本身，而無需過多關心底層的硬件細節。你將瞭解編譯器和解釋器的角色，它們分彆是將高級語言代碼翻譯成機器碼或逐條執行的工具。 我們還將深入探討操作係統（OS），它是連接硬件和應用程序的橋梁。操作係統管理著計算機的硬件資源，如CPU時間、內存空間和I/O設備，並為應用程序提供瞭一個抽象的接口。你將理解操作係統的核心功能，包括進程管理（如何創建、調度和終止程序）、內存管理（如何分配和保護內存空間）以及文件係統（如何組織和存儲數據）。你將瞭解到，正是操作係統，使得多任務並行、資源共享和用戶友好的交互成為可能。 軟硬結閤：協同運作的藝術 計算機的強大之處在於硬件和軟件的無縫協同。我們將深入探討指令集架構（ISA），它是硬件和軟件之間的契約。ISA定義瞭CPU能夠執行的指令集、寄存器的類型和數量、內存尋址模式等。不同的ISA（如x86、ARM）決定瞭同一段軟件在不同硬件上可能需要不同的編譯或運行方式。 我們將解析CPU的流水綫如何處理連續的指令，以及緩存（Cache）在CPU和主存儲器之間扮演的關鍵角色。緩存是一種小容量、高速度的存儲器，用於存放CPU最常訪問的數據和指令，從而大大縮短瞭數據訪問時間。你將理解緩存一緻性問題，以及現代多核處理器如何解決這個問題。 此外，我們還將探討內存層次結構的整體設計，從CPU寄存器、多級緩存、主存儲器到二級存儲，它們共同構成瞭一個高效的數據訪問體係。你將理解虛擬內存的概念，它使得程序能夠使用比物理內存更大的地址空間，並通過內存管理單元（MMU）的硬件支持，實現瞭內存的隔離和保護。 我們還將關注性能優化的策略。瞭解計算機的瓶頸在哪裏，以及如何通過硬件升級、軟件優化或算法改進來提升整體性能，是計算機科學中的一個重要課題。例如，理解CPU的時鍾速度、核心數量、緩存大小以及內存帶寬等因素，如何共同影響程序的執行速度。 結語：麵嚮未來的計算理解 通過對計算機硬件、軟件及其交互機製的深入剖析，本書旨在為你構建一個紮實的計算機科學基礎。這種理解不僅僅是理論知識的積纍，更是對現代信息社會運行邏輯的深刻洞察。無論你未來從事軟件開發、硬件設計、係統管理，還是僅僅想更深入地理解你每天使用的技術，這種對計算基石的掌握都將為你提供無與倫比的優勢。 這趟探索之旅，將幫助你理解為什麼不同的計算機在性能上存在巨大差異，為什麼一些程序運行起來比另一些快得多，以及未來計算技術的發展趨勢可能會是什麼樣子。它將激發你對計算機係統設計中的權衡取捨的思考，培養你解決復雜技術問題的分析能力，並為你在不斷發展的技術領域中取得成功奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺就像是在一個知識的迷宮裏，而作者正是那個手持火把的嚮導，他耐心地為我照亮前行的道路，時不時地停下來，指引我觀察那些隱藏在角落裏的寶藏。書中對於數據通路和控製單元的設計原理的闡述，讓我第一次真正理解瞭CPU是如何執行指令的。指令的譯碼、執行、寫迴，每一個環節都被拆解得如此清晰，配閤著詳細的狀態機圖和時序圖，即使是初學者也能摸清其中的門道。我特彆喜歡書中關於異常和中斷處理的那部分內容，這部分往往是許多教材中容易被忽略或者講解得過於簡略的部分，但在這本書裏，作者卻花瞭相當大的篇幅去講解，並且用瞭很多生動的例子來解釋中斷發生時的CPU狀態保存和恢復過程。這讓我意識到，計算機在處理緊急事件時的“冷靜”和“有序”，背後是多麼精妙的設計。此外，書中對I/O接口和總綫協議的介紹，也讓我對計算機如何與外部世界進行信息交互有瞭更深的認識。USB、PCIe這些耳熟能詳的名字，在這本書裏被賦予瞭它們背後的技術靈魂。這種深入淺齣的講解，讓我不禁感嘆計算機科學的神奇之處。

評分☆☆☆☆☆

我之所以選擇這本書，是因為它被譽為計算機係列教材的經典之作。閱讀過程中，我發現它確實名副其實。書中對於硬件接口和外部設備連接的講解，讓我對計算機如何與外界進行信息交流有瞭全麵的認識。從早期的串行接口到現在的並行總綫，再到如今高速的USB和Thunderbolt，這本書都進行瞭詳細的介紹，並且解釋瞭它們背後的技術原理和設計思想。我尤其對書中關於存儲器技術發展的曆程的描述印象深刻，它不僅介紹瞭DRAM、SRAM等常見存儲器的特點，還展望瞭未來新型存儲器的發展趨勢，這讓我對計算機硬件的未來充滿瞭期待。這本書也讓我明白瞭，計算機的每一次技術革新，都不是憑空産生的，而是無數工程師智慧的結晶，是技術不斷迭代和優化的結果。它不僅僅是一本技術教材，更是一部計算機發展史的縮影，讓我能夠從更宏觀的角度去審視計算機科學的演進。雖然有些部分的內容對我來說還有些挑戰，但總體而言，這本書為我打開瞭一扇通往計算機世界深處的大門。

評分☆☆☆☆☆

這本書的優點在於它能夠以一種非常係統化的方式，將計算機硬件的復雜體係結構呈現給讀者。我曾經在其他地方接觸過一些關於計算機組成的知識，但往往是零散的，不成體係。這本書則像一本百科全書，從最基礎的邏輯門電路開始，一路延伸到復雜的操作係統內核與硬件的交互。我印象深刻的是書中對數據錶示和運算的講解，它詳細地解釋瞭浮點數的錶示方式、溢齣的概念，以及各種算術邏輯運算單元（ALU）的設計。這些基礎概念對於理解後續更復雜的硬件設計至關重要。另外，書中對計算機性能評測指標的介紹，也讓我對如何量化一颱計算機的性能有瞭更直觀的認識。雖然我不是硬件設計領域的專業人士，但通過閱讀這本書，我能夠更加清晰地理解市麵上各種計算機硬件的優勢和劣勢，也能更理性地選擇適閤自己需求的設備。這本書的語言風格嚴謹而清晰，邏輯性極強，即使是初學者也能夠循序漸進地理解其中的內容。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計雖然樸實，但深厚的底蘊卻撲麵而來，正如同它所承載的知識一樣。初次翻閱，就被它清晰的邏輯脈絡所吸引，作者並沒有急於灌輸復雜的理論，而是循序漸進地引導讀者去理解計算機硬件的每一個組成部分是如何協同工作的。從最基礎的二進製錶示，到CPU內部的指令流水綫，再到存儲器層次結構的設計原理，書中都進行瞭細緻入微的剖析。我尤其欣賞的是，作者在講解過程中，大量引入瞭實際的硬件架構案例，例如某個經典處理器的設計思路，這使得抽象的概念變得觸手可及，不再是枯燥的代碼和電路圖。這種“由淺入深、由錶及裏”的講解方式，對於我這樣希望從根本上理解計算機工作原理的讀者來說，無疑是一場及時雨。書中那些精妙的比喻和類比，也極大地幫助我消化瞭那些初看之下令人望而生畏的技術細節。例如，將CPU的緩存比作圖書館的閱覽室，將主存比作書架，這種生動的描述，讓我在腦海中構建起一個立體的計算機係統模型。雖然我目前還沒有完全精通書中的所有內容，但僅僅是初步的涉獵，就讓我對計算機硬件的敬畏之情油然而生，也更加堅定瞭深入學習的決心。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在軟件開發領域摸爬滾打多年的從業者，我一直對底層硬件的運行機製感到好奇，也明白深刻理解硬件對於優化軟件性能至關重要。這本書正好滿足瞭我的這一需求。它提供瞭一個非常宏觀的視角，讓我能夠看到計算機係統的各個組件是如何作為一個整體運作的。我尤其欣賞書中對存儲器層次結構優化的講解，它不僅僅停留在理論層麵，還深入探討瞭 Cache 的工作原理、TLB 的作用以及虛擬內存的管理機製。這些內容對於理解程序性能瓶頸、編寫更高效的代碼有著直接的指導意義。書中對並行處理和多處理器的架構介紹，也讓我對現代高性能計算有瞭更清晰的認識。指令級並行、綫程級並行，這些概念不再是模糊的術語，而是有瞭具體的硬件實現。我還在書中找到瞭關於指令集架構（ISA）的介紹，這讓我對不同處理器之間指令集差異及其對軟件兼容性的影響有瞭更深入的理解。這本書的價值在於，它不僅教授“是什麼”，更強調“為什麼”，讓我能夠觸類旁通，將學到的知識應用到更廣泛的場景中。