計算機係統結構實踐教程 第2版 21世紀大學本科計算機專業係列教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張晨曦，李江峰，劉依，瀋立 編

圖書標籤:

• 計算機係統結構
• 計算機組成原理
• 匯編語言
• 係統編程
• 實踐教程
• 教學教材
• 21世紀大學
• 本科計算機
• 第二版
• 計算機科學

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302389408

版次：2

商品編碼：11696667

品牌：清華大學

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-05-01

用紙：膠版紙

頁數：160

內容簡介

本書設計瞭8個實驗： 指令係統和體係結構、流水綫及流水綫中的衝突、指令調度和延遲分支、Cache性能分析、再定序緩衝（ROB）工作原理、多Cache一緻性——監聽協議、多Cache一緻性——目錄協議。本書覆蓋麵廣，內容豐富，有利於加深對係統結構知識的理解，書中的實驗是基於MIPS指令集結構的，並提供瞭實驗所需相關知識的介紹，可以與大多數係統結構教材配閤使用。本書還提供瞭專門為係統結構實驗開發的一套運行於Windows平颱的模擬器。這些模擬器界麵友好，使用方便、直觀，交互性很強。
本書可作為本科生係統結構課程以及計算機組成與結構課程的實驗教材，也可作為自學者的輔助教材。

深入探索計算機的骨骼與靈魂：一本引領你掌握現代計算核心的書籍 在信息爆炸的時代，計算機已不再是單純的工具，而是驅動創新、連接世界的關鍵。然而，鮮有人真正理解其內部運作的奧秘。我們常驚嘆於軟件的流暢運行，卻鮮少追問那背後強大的硬件支持。這本書，正是為那些渴望超越錶麵，深入探究計算機係統底層運作原理的求知者而準備的。它並非直接教授某一種具體的計算機係統結構，而是為你構建起一個堅實的理論框架，讓你能夠理解並分析當前乃至未來各種計算機係統的設計理念、性能瓶頸和優化方嚮。 想象一下，當你第一次接觸到復雜的機械裝置時，你不會滿足於僅僅知道它的開關在哪裏，而是想要瞭解齒輪如何咬閤，杠杆如何傳遞力量，能量是如何被轉化和利用的。計算機係統結構，正是計算機這颱龐大而精密的“機械”的底層設計藍圖。它揭示瞭指令是如何被解讀和執行的，數據如何在處理器、內存和存儲設備之間流動，各種組件是如何協同工作以完成我們輸入的指令的。這本書將帶你踏上一段激動人心的旅程，穿越計算機的“骨骼”——那些構成其物理基礎的硬件組件，和“靈魂”——那些賦予其智能和活力的設計原則。 從指令到執行：理解計算機語言的本質 我們發送給計算機的指令，無論是鼠標點擊、鍵盤輸入，還是復雜的軟件操作，最終都需要轉化為計算機能夠理解的機器語言。本書的第一部分將為你剖析這個至關重要的過程。你將學習到什麼是指令集架構（ISA），它是硬件和軟件之間的橋梁，定義瞭處理器能夠識彆和執行的所有基本操作。我們將深入探討各種指令的類型，如算術指令、邏輯指令、控製流指令等，並理解它們在程序執行中的作用。 你會瞭解到，不同的指令集架構（例如 x86、ARM）在設計哲學和目標上存在差異，這直接影響著處理器的性能、功耗和應用領域。我們會分析指令的編碼方式，以及處理器如何通過指令解碼單元來解析這些二進製指令。更重要的是，本書將引導你理解流水綫技術，這是現代處理器提高性能的關鍵。你將學習到指令在流水綫中是如何被分解成一係列階段（如取指、譯碼、執行、寫迴），以及如何通過重疊執行指令來縮短整體的執行時間。然而，流水綫並非沒有挑戰，數據冒險、控製冒險等問題是如何産生的，以及處理器又是如何通過各種技術（如轉發、分支預測）來解決這些問題的，都將是本書探討的重點。 內存的藝術：數據存儲與訪問的奧秘 數據是計算機程序的生命綫，而內存則是承載這些數據的核心場所。本書將詳細闡述內存層次結構，這是現代計算機係統為瞭平衡訪問速度和存儲容量而設計的精妙機製。你將瞭解到，從速度極快的寄存器到容量巨大但速度較慢的硬盤，每一層存儲設備都扮演著不可或缺的角色。 我們將深入探討緩存（Cache）的工作原理。緩存是介於處理器和主內存之間的高速存儲器，它存儲著程序最常訪問的數據和指令，從而大大減少瞭處理器訪問主內存的次數，顯著提升瞭程序運行效率。你會學習到緩存的結構，如塊（Block）和行（Line），以及不同的映射策略（直接映射、組相聯映射、全相聯映射）是如何決定數據被放置在緩存中的位置的。緩存命中率（Cache Hit Rate）和緩存失效率（Cache Miss Rate）是衡量緩存性能的關鍵指標，本書將教你如何分析這些指標，並理解影響它們的重要因素，如程序訪問的局部性（時間局部性和空間局部性）。 此外，我們還將觸及虛擬內存的概念。虛擬內存使得程序可以使用比實際物理內存更大的地址空間，它通過將部分不常用的內存內容暫時存儲在磁盤上（頁麵交換），為程序提供瞭更靈活的內存管理方式。你將理解頁錶（Page Table）、頁框（Page Frame）等概念，以及操作係統如何通過頁錶來映射虛擬地址到物理地址。 並行之翼：釋放計算的潛能 在處理日益復雜的任務時，單綫程的串行處理已顯得捉襟見肘。並行計算，即將一個大的計算任務分解成多個小任務，並在多個處理單元上同時執行，已成為提升計算能力的關鍵。本書將為你揭示並行計算的多種實現方式。 你會瞭解到指令級並行（ILP），這是在單個處理器內部通過同時執行多條指令來提高性能的技術，如超標量處理器（Superscalar Processor）和VLIW（Very Long Instruction Word）處理器。接著，我們將深入探討綫程級並行（TLP），這是通過在多核處理器上同時執行多個綫程來提升性能。你將理解多核處理器的架構，以及綫程之間的通信和同步機製，如共享內存模型和消息傳遞模型。 更進一步，本書將介紹數據級並行（DLP），這是通過SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令集來實現的，允許一個指令同時對多個數據進行操作，在多媒體處理、科學計算等領域有著廣泛應用。你還將接觸到大規模並行處理（MPP）和圖形處理器（GPU）等更高級的並行計算架構，理解它們在高性能計算中的作用。 I/O與存儲：連接世界與留存記憶 計算機係統並非孤立存在，它需要與外界進行交互，處理海量的數據，並將重要的信息持久保存。本書將為你剖析輸入/輸齣（I/O）係統和存儲係統的設計。 你將瞭解I/O設備的多樣性，以及處理器如何與這些設備進行通信，包括通過I/O端口、內存映射I/O等方式。中斷（Interrupt）機製在I/O處理中扮演著至關重要的角色，它允許I/O設備在完成操作時通知處理器，從而避免瞭處理器空閑等待。直接內存訪問（DMA）技術將允許I/O設備直接與內存進行數據傳輸，而無需處理器介入，大大提高瞭I/O效率。 在存儲係統方麵，我們將探討各種存儲介質的特性，如硬盤驅動器（HDD）、固態驅動器（SSD）的讀寫速度、訪問延遲和耐用性。你將理解文件係統的作用，它負責組織和管理存儲設備上的數據。此外，本書還會提及RAID（Redundant Array of Independent Disks）等技術，它們通過組閤多個物理磁盤來提高存儲的可靠性和性能。 係統性能的度量與優化 理解計算機係統的運作原理，最終是為瞭能夠對其性能進行有效的評估和優化。本書將為你提供度量係統性能的工具和方法。你將學習到各種性能指標，如時鍾周期、指令周期、MIPS（Million Instructions Per Second）、FLOPS（Floating-point Operations Per Second）等，並理解它們各自的含義和局限性。 你還將瞭解到性能分析技術，如性能計數器（Performance Counter）和性能分析工具，它們可以幫助你識彆程序中的性能瓶頸。基於對係統結構的深入理解，你將能夠提齣針對性的優化策略，例如通過優化算法、改進數據結構、調整編譯器選項，甚至在硬件層麵進行設計改進。 麵嚮未來：挑戰與趨勢 技術日新月異，計算機係統結構也在不斷演進。本書的最後部分將帶你展望計算機係統結構的未來發展方嚮。你將瞭解到雲計算、大數據、人工智能等新興技術對計算能力提齣的更高要求，以及這些需求如何驅動著新型處理器架構、異構計算、存內計算等技術的發展。 本書旨在為你提供一個堅實的基礎，讓你能夠理解當前計算機係統的復雜性，並為未來的學習和研究打下堅實的基礎。它鼓勵你主動思考，帶著批判性的眼光去審視各種技術設計，並最終能夠成為一名能夠理解、分析並推動計算機係統嚮前發展的技術人纔。無論你是未來的硬件設計師、軟件工程師，還是係統架構師，這本書都將為你提供寶貴的啓示和指引，助你駕馭這個充滿活力的計算世界。

評分☆☆☆☆☆

《計算機係統結構實踐教程 第2版》這本書，對我來說，更像是一本“解密手冊”。我一直覺得計算機係統結構是一個非常高大上、但又遙不可及的領域，很多概念聽起來很抽象。但這本書就像一把鑰匙，打開瞭我對這個世界的認知。它不僅僅是關於CPU、內存這些硬件的介紹，更是關於它們如何協同工作，如何影響軟件性能的深刻洞察。書中的實驗設計非常巧妙，從簡單的邏輯門電路模擬，到復雜的CPU流水綫實現，每一步都充滿瞭挑戰和樂趣。我記得在做一個緩存一緻性協議的模擬時，一開始遇到瞭很多問題，但通過書中提供的調試工具和思路，我一點點地找到瞭癥結所在，並最終成功運行。這種剋服睏難、最終達成目標的經曆，讓我對計算機係統結構有瞭前所未有的信心。更重要的是，這本書讓我開始思考“為什麼”和“如何”，而不是僅僅停留在“是什麼”。例如，在講解指令級並行時，我不再滿足於知道有亂序執行，而是想去瞭解它是如何實現的，以及它對程序性能的具體影響。書中提供的一些性能分析工具的使用方法，也讓我能夠更好地理解代碼在實際運行中的錶現。這本書讓我感覺自己離“理解”計算機係統又近瞭一大步，它不僅僅是知識的傳授，更是能力的培養。

評分☆☆☆☆☆

這本《計算機係統結構實踐教程 第2版》真是讓我眼前一亮！作為一名在讀的計算機專業本科生，我一直在尋找一本能夠將抽象概念轉化為實際操作的教材。之前接觸的理論書籍雖然知識紮實，但在理解CPU如何執行指令、內存如何管理數據等方麵總是感覺隔瞭一層紗。這本書的齣現，恰恰填補瞭這一空白。它沒有停留在概念的堆砌，而是通過大量的實踐環節，讓我有機會親手搭建、調試、優化計算機係統。從最基礎的指令集架構（ISA）理解，到微體係結構的設計和實現，再到存儲係統的優化策略，每一個部分都配有詳實的實驗指導和代碼示例。尤其讓我印象深刻的是關於流水綫和緩存的章節，通過實際模擬，我纔真正體會到它們對性能提升的巨大作用，而不是僅僅停留在教科書上的文字描述。書中的項目設計也非常貼近實際應用，例如模擬一個簡易的CPU，讓我能夠從最底層感受指令的流動和數據的處理過程。這些實踐操作不僅鞏固瞭我的理論知識，更重要的是培養瞭我解決實際問題的能力。閱讀過程中，我發現作者在講解上非常細緻，每一個步驟都解釋得清清楚楚，即便是初學者也能按部就班地完成實驗。總而言之，這本書是一本集理論與實踐於一體的優秀教材，強烈推薦給所有渴望深入理解計算機係統底層運作的同學們。

評分☆☆☆☆☆

拿到《計算機係統結構實踐教程 第2版》這本書，我最大的感受就是“乾貨滿滿”。與其他一些浮光掠影式的教材不同，這本書深入淺齣，將計算機係統結構這樣一個龐大復雜的體係，通過一係列精心設計的實踐項目，變得生動形象。我之前對CPU的內部結構總是充滿疑問，例如指令是如何被翻譯和執行的，數據是如何在寄存器和內存之間流動的。這本書通過模擬一個簡單的RISC指令集處理器，讓我親手去實現這些功能，從而徹底打消瞭我的疑慮。每一個實驗環節都設計得非常周到，有詳細的操作步驟，也有對實驗結果的分析指導，確保我能夠真正理解其中的原理。我特彆喜歡書中關於存儲器層次結構的部分，通過模擬緩存的工作機製，我纔真正領略到“局部性原理”對性能的巨大貢獻。書中的案例分析也十分貼切，涵蓋瞭指令流水綫、分支預測、多核處理器等當前計算機體係結構的熱點問題，並提供瞭相應的實踐方法。這本書讓我不僅掌握瞭理論知識，更重要的是培養瞭我獨立解決問題的能力和對計算機係統結構的深刻理解。它是一本真正能夠幫助學生打下堅實基礎的教材，對於想在計算機領域有所建樹的同學來說，絕對是不可多得的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

說實話，拿到《計算機係統結構實踐教程 第2版》之前，我對“實踐教程”這幾個字並沒有抱太高的期望，總覺得這類書可能隻是簡單地把理論知識包裝成一些小練習。但這本書徹底顛覆瞭我的認知。它更像是一位經驗豐富的導師，循序漸進地引導你一步步深入計算機的“心髒”。最讓我驚喜的是，書中並沒有直接給齣標準答案，而是鼓勵讀者去探索、去嘗試、去犯錯，然後從錯誤中學習。比如在講解分支預測時，書中提供瞭不同的預測策略，並要求我們通過模擬來分析它們在不同場景下的錶現差異。這種開放式的學習方式，極大地激發瞭我的好奇心和獨立思考能力。我不再是被動地接受知識，而是主動地去構建對計算機係統結構的理解。書中對匯編語言的講解也比我之前接觸過的要深入得多，結閤實際的CPU模型，讓我體會到代碼是如何最終轉化為機器能夠理解的指令的。書中的圖示和流程圖也非常精妙，將復雜的概念可視化，大大降低瞭理解難度。我特彆喜歡書中對性能調優的章節，通過實際的案例分析，我學會瞭如何識彆性能瓶頸，並運用所學知識進行優化，這種成就感是單純閱讀理論書籍無法比擬的。這本書讓我真正感受到瞭“實踐齣真知”的魅力，它不僅僅是一本教材，更是一次深入探索計算機科學本質的旅程。

評分☆☆☆☆☆

這本《計算機係統結構實踐教程 第2版》絕對是那種“買瞭不後悔”的書。我之前對計算機係統結構一直處於一種“似懂非懂”的狀態，知道一些概念，但總覺得缺乏一個整體的框架。這本書的齣現，就像給我搭建瞭一個清晰的知識框架，並且把每個部分都用實踐的方式填充瞭起來。書中的項目涵蓋瞭從基礎的邏輯電路設計到復雜的處理器流水綫仿真，讓我能夠親身去感受計算機係統運作的每一個環節。我尤其喜歡書中關於存儲體係結構的講解，它不僅僅是介紹DRAM和SRAM，更重要的是通過模擬實驗，讓我直觀地理解瞭緩存的命中率、延遲等概念對程序性能的實際影響。書中的代碼示例都非常精煉，而且易於理解，我能夠快速地將它們應用到自己的實驗中。而且，作者在講解過程中，非常注重培養讀者的“工程思維”，比如在優化算法時，會引導我們去分析代碼的執行時間和空間復雜度，並提供相應的性能測量方法。這種從理論到實踐，再到優化的完整閉環，讓我覺得學到的知識真正“活”瞭起來。這本書讓我對計算機係統結構的學習充滿瞭動力，也讓我更加期待未來在計算機領域的探索。

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