计算机系统结构实践教程 第2版 21世纪大学本科计算机专业系列教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张晨曦，李江峰，刘依，沈立 编

图书标签:

• 计算机系统结构
• 计算机组成原理
• 汇编语言
• 系统编程
• 实践教程
• 教学教材
• 21世纪大学
• 本科计算机
• 第二版
• 计算机科学

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302389408

版次：2

商品编码：11696667

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：160

内容简介

本书设计了8个实验： 指令系统和体系结构、流水线及流水线中的冲突、指令调度和延迟分支、Cache性能分析、再定序缓冲（ROB）工作原理、多Cache一致性——监听协议、多Cache一致性——目录协议。本书覆盖面广，内容丰富，有利于加深对系统结构知识的理解，书中的实验是基于MIPS指令集结构的，并提供了实验所需相关知识的介绍，可以与大多数系统结构教材配合使用。本书还提供了专门为系统结构实验开发的一套运行于Windows平台的模拟器。这些模拟器界面友好，使用方便、直观，交互性很强。
本书可作为本科生系统结构课程以及计算机组成与结构课程的实验教材，也可作为自学者的辅助教材。

深入探索计算机的骨骼与灵魂：一本引领你掌握现代计算核心的书籍 在信息爆炸的时代，计算机已不再是单纯的工具，而是驱动创新、连接世界的关键。然而，鲜有人真正理解其内部运作的奥秘。我们常惊叹于软件的流畅运行，却鲜少追问那背后强大的硬件支持。这本书，正是为那些渴望超越表面，深入探究计算机系统底层运作原理的求知者而准备的。它并非直接教授某一种具体的计算机系统结构，而是为你构建起一个坚实的理论框架，让你能够理解并分析当前乃至未来各种计算机系统的设计理念、性能瓶颈和优化方向。 想象一下，当你第一次接触到复杂的机械装置时，你不会满足于仅仅知道它的开关在哪里，而是想要了解齿轮如何咬合，杠杆如何传递力量，能量是如何被转化和利用的。计算机系统结构，正是计算机这台庞大而精密的“机械”的底层设计蓝图。它揭示了指令是如何被解读和执行的，数据如何在处理器、内存和存储设备之间流动，各种组件是如何协同工作以完成我们输入的指令的。这本书将带你踏上一段激动人心的旅程，穿越计算机的“骨骼”——那些构成其物理基础的硬件组件，和“灵魂”——那些赋予其智能和活力的设计原则。 从指令到执行：理解计算机语言的本质 我们发送给计算机的指令，无论是鼠标点击、键盘输入，还是复杂的软件操作，最终都需要转化为计算机能够理解的机器语言。本书的第一部分将为你剖析这个至关重要的过程。你将学习到什么是指令集架构（ISA），它是硬件和软件之间的桥梁，定义了处理器能够识别和执行的所有基本操作。我们将深入探讨各种指令的类型，如算术指令、逻辑指令、控制流指令等，并理解它们在程序执行中的作用。 你会了解到，不同的指令集架构（例如 x86、ARM）在设计哲学和目标上存在差异，这直接影响着处理器的性能、功耗和应用领域。我们会分析指令的编码方式，以及处理器如何通过指令解码单元来解析这些二进制指令。更重要的是，本书将引导你理解流水线技术，这是现代处理器提高性能的关键。你将学习到指令在流水线中是如何被分解成一系列阶段（如取指、译码、执行、写回），以及如何通过重叠执行指令来缩短整体的执行时间。然而，流水线并非没有挑战，数据冒险、控制冒险等问题是如何产生的，以及处理器又是如何通过各种技术（如转发、分支预测）来解决这些问题的，都将是本书探讨的重点。 内存的艺术：数据存储与访问的奥秘 数据是计算机程序的生命线，而内存则是承载这些数据的核心场所。本书将详细阐述内存层次结构，这是现代计算机系统为了平衡访问速度和存储容量而设计的精妙机制。你将了解到，从速度极快的寄存器到容量巨大但速度较慢的硬盘，每一层存储设备都扮演着不可或缺的角色。 我们将深入探讨缓存（Cache）的工作原理。缓存是介于处理器和主内存之间的高速存储器，它存储着程序最常访问的数据和指令，从而大大减少了处理器访问主内存的次数，显著提升了程序运行效率。你会学习到缓存的结构，如块（Block）和行（Line），以及不同的映射策略（直接映射、组相联映射、全相联映射）是如何决定数据被放置在缓存中的位置的。缓存命中率（Cache Hit Rate）和缓存失效率（Cache Miss Rate）是衡量缓存性能的关键指标，本书将教你如何分析这些指标，并理解影响它们的重要因素，如程序访问的局部性（时间局部性和空间局部性）。 此外，我们还将触及虚拟内存的概念。虚拟内存使得程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间，它通过将部分不常用的内存内容暂时存储在磁盘上（页面交换），为程序提供了更灵活的内存管理方式。你将理解页表（Page Table）、页框（Page Frame）等概念，以及操作系统如何通过页表来映射虚拟地址到物理地址。 并行之翼：释放计算的潜能 在处理日益复杂的任务时，单线程的串行处理已显得捉襟见肘。并行计算，即将一个大的计算任务分解成多个小任务，并在多个处理单元上同时执行，已成为提升计算能力的关键。本书将为你揭示并行计算的多种实现方式。 你会了解到指令级并行（ILP），这是在单个处理器内部通过同时执行多条指令来提高性能的技术，如超标量处理器（Superscalar Processor）和VLIW（Very Long Instruction Word）处理器。接着，我们将深入探讨线程级并行（TLP），这是通过在多核处理器上同时执行多个线程来提升性能。你将理解多核处理器的架构，以及线程之间的通信和同步机制，如共享内存模型和消息传递模型。 更进一步，本书将介绍数据级并行（DLP），这是通过SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令集来实现的，允许一个指令同时对多个数据进行操作，在多媒体处理、科学计算等领域有着广泛应用。你还将接触到大规模并行处理（MPP）和图形处理器（GPU）等更高级的并行计算架构，理解它们在高性能计算中的作用。 I/O与存储：连接世界与留存记忆 计算机系统并非孤立存在，它需要与外界进行交互，处理海量的数据，并将重要的信息持久保存。本书将为你剖析输入/输出（I/O）系统和存储系统的设计。 你将了解I/O设备的多样性，以及处理器如何与这些设备进行通信，包括通过I/O端口、内存映射I/O等方式。中断（Interrupt）机制在I/O处理中扮演着至关重要的角色，它允许I/O设备在完成操作时通知处理器，从而避免了处理器空闲等待。直接内存访问（DMA）技术将允许I/O设备直接与内存进行数据传输，而无需处理器介入，大大提高了I/O效率。 在存储系统方面，我们将探讨各种存储介质的特性，如硬盘驱动器（HDD）、固态驱动器（SSD）的读写速度、访问延迟和耐用性。你将理解文件系统的作用，它负责组织和管理存储设备上的数据。此外，本书还会提及RAID（Redundant Array of Independent Disks）等技术，它们通过组合多个物理磁盘来提高存储的可靠性和性能。 系统性能的度量与优化 理解计算机系统的运作原理，最终是为了能够对其性能进行有效的评估和优化。本书将为你提供度量系统性能的工具和方法。你将学习到各种性能指标，如时钟周期、指令周期、MIPS（Million Instructions Per Second）、FLOPS（Floating-point Operations Per Second）等，并理解它们各自的含义和局限性。 你还将了解到性能分析技术，如性能计数器（Performance Counter）和性能分析工具，它们可以帮助你识别程序中的性能瓶颈。基于对系统结构的深入理解，你将能够提出针对性的优化策略，例如通过优化算法、改进数据结构、调整编译器选项，甚至在硬件层面进行设计改进。 面向未来：挑战与趋势 技术日新月异，计算机系统结构也在不断演进。本书的最后部分将带你展望计算机系统结构的未来发展方向。你将了解到云计算、大数据、人工智能等新兴技术对计算能力提出的更高要求，以及这些需求如何驱动着新型处理器架构、异构计算、存内计算等技术的发展。 本书旨在为你提供一个坚实的基础，让你能够理解当前计算机系统的复杂性，并为未来的学习和研究打下坚实的基础。它鼓励你主动思考，带着批判性的眼光去审视各种技术设计，并最终能够成为一名能够理解、分析并推动计算机系统向前发展的技术人才。无论你是未来的硬件设计师、软件工程师，还是系统架构师，这本书都将为你提供宝贵的启示和指引，助你驾驭这个充满活力的计算世界。

评分☆☆☆☆☆

拿到《计算机系统结构实践教程 第2版》这本书，我最大的感受就是“干货满满”。与其他一些浮光掠影式的教材不同，这本书深入浅出，将计算机系统结构这样一个庞大复杂的体系，通过一系列精心设计的实践项目，变得生动形象。我之前对CPU的内部结构总是充满疑问，例如指令是如何被翻译和执行的，数据是如何在寄存器和内存之间流动的。这本书通过模拟一个简单的RISC指令集处理器，让我亲手去实现这些功能，从而彻底打消了我的疑虑。每一个实验环节都设计得非常周到，有详细的操作步骤，也有对实验结果的分析指导，确保我能够真正理解其中的原理。我特别喜欢书中关于存储器层次结构的部分，通过模拟缓存的工作机制，我才真正领略到“局部性原理”对性能的巨大贡献。书中的案例分析也十分贴切，涵盖了指令流水线、分支预测、多核处理器等当前计算机体系结构的热点问题，并提供了相应的实践方法。这本书让我不仅掌握了理论知识，更重要的是培养了我独立解决问题的能力和对计算机系统结构的深刻理解。它是一本真正能够帮助学生打下坚实基础的教材，对于想在计算机领域有所建树的同学来说，绝对是不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到《计算机系统结构实践教程 第2版》之前，我对“实践教程”这几个字并没有抱太高的期望，总觉得这类书可能只是简单地把理论知识包装成一些小练习。但这本书彻底颠覆了我的认知。它更像是一位经验丰富的导师，循序渐进地引导你一步步深入计算机的“心脏”。最让我惊喜的是，书中并没有直接给出标准答案，而是鼓励读者去探索、去尝试、去犯错，然后从错误中学习。比如在讲解分支预测时，书中提供了不同的预测策略，并要求我们通过模拟来分析它们在不同场景下的表现差异。这种开放式的学习方式，极大地激发了我的好奇心和独立思考能力。我不再是被动地接受知识，而是主动地去构建对计算机系统结构的理解。书中对汇编语言的讲解也比我之前接触过的要深入得多，结合实际的CPU模型，让我体会到代码是如何最终转化为机器能够理解的指令的。书中的图示和流程图也非常精妙，将复杂的概念可视化，大大降低了理解难度。我特别喜欢书中对性能调优的章节，通过实际的案例分析，我学会了如何识别性能瓶颈，并运用所学知识进行优化，这种成就感是单纯阅读理论书籍无法比拟的。这本书让我真正感受到了“实践出真知”的魅力，它不仅仅是一本教材，更是一次深入探索计算机科学本质的旅程。

评分☆☆☆☆☆

《计算机系统结构实践教程 第2版》这本书，对我来说，更像是一本“解密手册”。我一直觉得计算机系统结构是一个非常高大上、但又遥不可及的领域，很多概念听起来很抽象。但这本书就像一把钥匙，打开了我对这个世界的认知。它不仅仅是关于CPU、内存这些硬件的介绍，更是关于它们如何协同工作，如何影响软件性能的深刻洞察。书中的实验设计非常巧妙，从简单的逻辑门电路模拟，到复杂的CPU流水线实现，每一步都充满了挑战和乐趣。我记得在做一个缓存一致性协议的模拟时，一开始遇到了很多问题，但通过书中提供的调试工具和思路，我一点点地找到了症结所在，并最终成功运行。这种克服困难、最终达成目标的经历，让我对计算机系统结构有了前所未有的信心。更重要的是，这本书让我开始思考“为什么”和“如何”，而不是仅仅停留在“是什么”。例如，在讲解指令级并行时，我不再满足于知道有乱序执行，而是想去了解它是如何实现的，以及它对程序性能的具体影响。书中提供的一些性能分析工具的使用方法，也让我能够更好地理解代码在实际运行中的表现。这本书让我感觉自己离“理解”计算机系统又近了一大步，它不仅仅是知识的传授，更是能力的培养。

评分☆☆☆☆☆

这本《计算机系统结构实践教程 第2版》真是让我眼前一亮！作为一名在读的计算机专业本科生，我一直在寻找一本能够将抽象概念转化为实际操作的教材。之前接触的理论书籍虽然知识扎实，但在理解CPU如何执行指令、内存如何管理数据等方面总是感觉隔了一层纱。这本书的出现，恰恰填补了这一空白。它没有停留在概念的堆砌，而是通过大量的实践环节，让我有机会亲手搭建、调试、优化计算机系统。从最基础的指令集架构（ISA）理解，到微体系结构的设计和实现，再到存储系统的优化策略，每一个部分都配有详实的实验指导和代码示例。尤其让我印象深刻的是关于流水线和缓存的章节，通过实际模拟，我才真正体会到它们对性能提升的巨大作用，而不是仅仅停留在教科书上的文字描述。书中的项目设计也非常贴近实际应用，例如模拟一个简易的CPU，让我能够从最底层感受指令的流动和数据的处理过程。这些实践操作不仅巩固了我的理论知识，更重要的是培养了我解决实际问题的能力。阅读过程中，我发现作者在讲解上非常细致，每一个步骤都解释得清清楚楚，即便是初学者也能按部就班地完成实验。总而言之，这本书是一本集理论与实践于一体的优秀教材，强烈推荐给所有渴望深入理解计算机系统底层运作的同学们。

评分☆☆☆☆☆

这本《计算机系统结构实践教程 第2版》绝对是那种“买了不后悔”的书。我之前对计算机系统结构一直处于一种“似懂非懂”的状态，知道一些概念，但总觉得缺乏一个整体的框架。这本书的出现，就像给我搭建了一个清晰的知识框架，并且把每个部分都用实践的方式填充了起来。书中的项目涵盖了从基础的逻辑电路设计到复杂的处理器流水线仿真，让我能够亲身去感受计算机系统运作的每一个环节。我尤其喜欢书中关于存储体系结构的讲解，它不仅仅是介绍DRAM和SRAM，更重要的是通过模拟实验，让我直观地理解了缓存的命中率、延迟等概念对程序性能的实际影响。书中的代码示例都非常精炼，而且易于理解，我能够快速地将它们应用到自己的实验中。而且，作者在讲解过程中，非常注重培养读者的“工程思维”，比如在优化算法时，会引导我们去分析代码的执行时间和空间复杂度，并提供相应的性能测量方法。这种从理论到实践，再到优化的完整闭环，让我觉得学到的知识真正“活”了起来。这本书让我对计算机系统结构的学习充满了动力，也让我更加期待未来在计算机领域的探索。

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