计算机体系结构:量化研究方法(第5版) [美]John L.Hennessy David pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] John L.Hennessy David 著

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• 计算机体系结构
• 量化研究方法
• 计算机科学
• 处理器
• 存储系统
• 并行计算
• 性能评估
• 模拟
• 建模
• 硬件设计
• 第五版

店铺： 博远慧达图书专营店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115297655

商品编码：27391996028

包装：平装

出版时间：2013-01-01

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基本信息

书名:计算机体系结构:量化研究方法(第5版)

定价：109.00元

售价：63.22元,便宜45.78元,折扣57

作者:John L.Hennessy David A.Patterson,贾

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787115297655

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.999kg

编辑推荐

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*的计算机体系结构著作
久负盛名的经典作品

内容提要

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《计算机体系结构：量化研究方法(第5版)》是的计算机体系结构著作，是久负盛名的经典作品。书中系统地介绍了计算机系统的设计基础、指令集系统结构、流水线和指令集并行技术、层次化存储系统与存储设备、互连网络以及多处理器系统等重要内容。在这个*版中，作者增加了当前炙手可热的云计算和手机客户端技术等相关内容，探讨了在手机、平板电脑、笔记本电脑和其他移动计算设备上云计算的软硬件实现方式。 《计算机体系结构：量化研究方法(第5版)》可作为高等院校计算机专业本科生或研究生教材，也可作为从事计算机体系结构或计算机系统设计的工程技术人员的参考书。

目录

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作者介绍

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John L. Hennessy是斯坦福大学的第10任校长，从1977年开始在该校电子工程与计算机系任教。Hennessy是IEEE和ACM会士，美国国家工程院、国家科学院和美国哲学院院士，美国艺术与科学院院士。他获得过众多奖项，如2001年度Eckert-Mauchly奖，表彰他对RISC技术的贡献；2001年度SeymourCray计算机工程奖；与DavidPatterson共同获得的2000年度约翰冯诺依曼奖章。他还拥有7个荣誉博士学位。
1981年，John L.Hennessy带领几位研究生在斯坦福开始MIPS项目的研究。1984年完成该项目之后，他暂时离开大学，与他人共同筹建MIPS计算机系统公司（也就是现在的MIPS技术公司），这家公司开发了早的商用RISC微处理器之一。到2006年，已经有20多亿个MIPS微处理器被用于视频游戏、掌上电脑、激光打印机和网络交换机等各种设备中。Hennessy后来领导了DASH（DirectorArchitecture for SharedMemory，共享存储器控制体系结构）项目，这一项目设计了个可扩展缓存一致性多处理器原型，其中的许多重要思想都在现代多处理器中得到了应用。除了参与科研活动、履行学校职责之外，他仍作为前期顾问和投资者参与了无数的创业项目。
David A.Patterson自1977年进入加州大学伯克利分校执教以来，一直讲授计算机体系结构课程，拥有该校计算机科学Pardee讲座教授职位。他因为教学成果显著而荣获了加州大学的杰出教学奖、ACM的Karlstrom奖、IEEE的Mulligan教育奖章和本科生教学奖。因为在RISC方面的贡献而获得了IEEE技术成就奖和ACMEckert-Mauchly奖，他还因为在RAID方面的贡献而分享了IEEE Johnson信息存储奖，并与JohnHennessy共同获得了IEEE约翰冯诺依曼奖章和C & C奖金。和JohnHennessy相似，Patterson也是美国艺术与科学院院士、美国计算机历史博物馆院士、ACM和IEEE会士。他还被选入美国国家工程院、美国国家科学院和硅谷工程名人堂。Patterson身为美国总统信息技术顾问委员会委员，同时也是伯克利电子工程与计算机科学系计算机科学分部主任、计算机研究协会主席和ACM主席。这一履历使他荣获了ACM和CRA颁发的杰出服务奖。
在加州大学伯克利分校，Patterson领导了RISCI的设计与实现工作，这可能是台VLSI精简指令集计算机，为商业SPARC体系结构奠定了基础。他曾是廉价磁盘冗余阵列（RedundantArrays of InexpensiveDisks，RAID）项目的之一，正是由于这一项目，才有了后来许多公司出品的可靠存储系统。他还参与了工作站网络（NetworkofWorkstations，NOW）项目，因为这一项目而有了因特网公司使用的集群技术和后来的云计算。这些项目获得了ACM颁发的三个论文奖。作为“算法-机器-人类”（AMP）实验室和并行计算实验室的主管，他目前在这里开展自己的研究项目。AMP实验室的目标是开发可扩展的机器学习算法、适用于仓库级计算机的编程模型、能够快速洞悉云中海量数据的众包（Crowd-Sourcing）工具。并行计算实验室的目标是研发先进技术，为并行个人移动设备提供可扩展、可移植、方便快捷的效率软件。

文摘

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序言

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《数字世界的基石：探寻计算机的智慧之源》 在信息爆炸的时代，计算机已渗透到我们生活的方方面面，从日常的通信交流到复杂的科学研究，无不依赖于它强大的计算能力。然而，我们是否曾深入思考，那些让我们流畅体验的应用程序、瞬息万变的互联网、以及日新月异的人工智能背后，究竟隐藏着怎样的奥秘？我们日常使用的手机、电脑、服务器，它们是如何运作的？它们内部精密的逻辑是如何实现的？又是什么使得某些设备在性能和效率上远超同类？ 《数字世界的基石：探寻计算机的智慧之源》将带领读者踏上一段深入计算机核心的探索之旅，揭示支撑起整个数字世界的宏大架构。这本书并非一本简单的技术手册，而是一场关于智慧、工程与创新的盛宴，它将为你剖析计算机硬件的灵魂——其核心的体系结构。 一、 洞察硬件的脉搏：CPU 的核心奥秘 计算机的“大脑”，即中央处理器（CPU），是整个系统的核心。这本书将带领我们走进 CPU 的内部世界，深入了解它的设计哲学与运行机制。我们将一同探究指令集架构（ISA）的精妙之处，理解不同 ISA 如何定义了计算机与软件之间的沟通语言。你将了解到，RISC 与 CISC 这两种截然不同的指令集设计思想，如何引领了计算机性能发展的不同方向，以及它们各自的优势与局限。 更进一步，我们将深入 CPU 的内部运作。流水线技术——这个将串行任务分解为并行处理的革命性创新——将不再是模糊的概念，而是清晰的执行流程。缓存（Cache）的作用，这个小而快的内存区域如何极大地提升数据访问速度，也将变得一目了然。读者将理解多级缓存的层级结构，以及缓存一致性协议在多核处理器时代的重要作用。 本书还将探讨现代 CPU 中至关重要的分支预测（Branch Prediction）技术。在程序的执行过程中，分支预测就像一个预言家，提前猜测程序将走向哪个方向，从而避免不必要的等待，极大地提高了执行效率。你将了解到，不同的预测算法如何应对复杂的程序逻辑，以及它们在现代高性能处理器中的地位。 二、 内存的层次结构：数据流动的生命线 程序运行离不开数据的支持，而内存系统正是数据的集散地。本书将详细阐述内存的层次化结构，从速度最快的寄存器，到速度极快的 CPU 缓存（L1, L2, L3），再到容量庞大但速度相对较慢的主内存（RAM），以及最终的存储设备（如固态硬盘和机械硬盘）。 我们将分析这一层层“速度-容量”权衡的背后逻辑。为什么需要如此复杂的内存层次？其核心目的是在成本、容量和性能之间找到最佳的平衡点。你将理解虚拟内存（Virtual Memory）的概念，这项技术如何通过内存管理单元（MMU）将物理内存的限制抽象化，为程序提供一个看似无限的地址空间，并如何通过页表（Page Table）来实现地址的映射和管理。 本书还将深入探讨内存的带宽和延迟问题，理解它们对整体系统性能的影响。对于需要处理海量数据的应用，例如科学计算和大数据分析，内存系统的设计显得尤为重要。你将了解到，如何通过内存控制器、内存通道等技术来优化内存访问效率。 三、 并行计算的浪潮：多核与异构处理的崛起 随着摩尔定律的放缓，单核处理器的性能提升空间日益受限。并行计算，尤其是多核处理器，成为了提升计算能力的主流方向。本书将深入剖析多核处理器的设计原理，理解不同核心如何协同工作，共享资源，以及如何通过多线程技术来充分发挥多核的潜力。 你将了解到，多核处理器在设计上所面临的挑战，例如功耗管理、缓存一致性、以及如何有效地调度任务到不同的核心上。同时，本书还将展望异构计算的未来，即在同一系统中集成不同类型的处理器，例如 CPU、GPU（图形处理器）和专用加速器。 GPU，作为曾经专注于图形渲染的硬件，如今已成为强大的并行计算平台。本书将揭示 GPU 在并行计算领域的巨大潜力，理解其大规模并行处理单元的设计特点，以及如何利用 CUDA、OpenCL 等编程模型来发挥其性能。此外，本书还将探讨 FPGAs（现场可编程门阵列）和 ASICs（专用集成电路）等可重构和专用硬件，它们在特定领域提供了极致的性能和能效。 四、 输入输出（I/O）的艺术：连接物理世界的桥梁 计算机不仅仅是处理数据的机器，它还需要与外部世界进行交互。输入输出（I/O）系统正是连接计算机内部与外部世界的桥梁。本书将详细阐述各种 I/O 设备的工作原理，从键盘、鼠标等输入设备，到显示器、打印机等输出设备，再到网络接口卡（NIC）和存储设备等关键的 I/O 组件。 你将深入理解总线（Bus）的作用，它是计算机内部各组件之间进行数据传输的通道。本书将介绍不同的总线技术，例如 PCI Express，以及它们在提高 I/O 吞吐量方面所扮演的角色。 此外，本书还将探讨 DMA（直接内存访问）技术，这项技术使得 I/O 设备可以直接与内存进行数据传输，而无需 CPU 的全程干预，从而大大提高了 I/O 系统的效率。对于网络通信和大规模数据存储，I/O 系统的性能往往成为瓶颈，本书将为你揭示如何通过优化的 I/O 设计来克服这些挑战。 五、 量化研究方法：理解性能的度量与优化 理解计算机体系结构，仅仅停留在概念层面是不够的。本书的核心亮点之一在于其“量化研究方法”。我们将学习如何使用各种工具和技术来衡量和分析计算机系统的性能。 读者将了解到，性能分析的各种指标，例如时钟速度、每秒指令数（IPS）、吞吐量（Throughput）、延迟（Latency）、能效比（Energy Efficiency）等。本书将介绍如何利用性能计数器（Performance Counters）来收集 CPU 和其他硬件组件的运行统计信息，以及如何利用模拟器（Simulators）来对不同的体系结构设计进行仿真和评估。 更重要的是，本书将教导读者如何基于这些量化的数据，来识别性能瓶颈，并提出相应的优化策略。无论是通过改进算法、调整软件参数，还是对硬件设计进行微调，量化分析都是进行科学决策的基石。你将学会如何通过系统性的方法，来提升计算机系统的整体性能，实现效率的最大化。 六、 体系结构设计的演进与未来展望 计算机体系结构并非一成不变，它在技术的不断推动下持续演进。本书还将回顾计算机体系结构发展的重要里程碑，例如指令集架构的变迁、内存技术的革新、以及并行计算的兴起。 最后，本书将展望计算机体系结构未来的发展趋势。随着人工智能、大数据、物联网等新兴技术的蓬勃发展，对计算能力的需求将更加多样化和个性化。例如，面向 AI 的专用加速器、低功耗的嵌入式系统、以及高性能的云计算基础设施，都将对未来的体系结构设计提出新的挑战和机遇。 《数字世界的基石：探寻计算机的智慧之源》将为你提供一把解锁数字世界奥秘的金钥匙。它将帮助你从一个全新的视角理解我们赖以生存的数字技术，培养你对计算机系统深层次的洞察力，并为你未来在计算机科学和工程领域的发展打下坚实的基础。无论你是希望深入了解计算机底层原理的学生，还是致力于提升系统性能的工程师，抑或是对科技前沿充满好奇的探索者，这本书都将是你不可或缺的伴侣。

评分☆☆☆☆☆

我个人对书中关于并行计算和多核处理器（multi-core processors）的阐述特别着迷。在如今这个计算能力爆炸的时代，单核性能的提升似乎进入了一个瓶颈期，而多核并行成为了新的发展方向。这本书详细地介绍了各种并行模型，以及如何针对多核架构进行程序设计。我记得书中对线程（threads）和进程（processes）的区分，以及它们在并行计算中的作用，让我对如何写出能够充分利用多核优势的代码有了更清晰的认识。此外，书中对存储器层次结构（memory hierarchy）的深入讲解，尤其是对虚拟内存（virtual memory）的机制的剖析，让我对程序如何访问和管理内存有了更透彻的理解。这本书让我不再把内存仅仅看作是一个巨大的存储空间，而是认识到它是一个复杂的多级系统，其中蕴含着精妙的设计和优化的策略。读完相关章节，我感觉自己对程序运行的底层逻辑有了更深刻的洞察。

评分☆☆☆☆☆

这本书名如其人，沉甸甸地压在书架上，光是目录就足够让人肃然起敬。我第一次翻开它，是在一个无眠的深夜，窗外是寂静的城市，屋内是明亮的台灯，以及我内心涌动的求知欲。我一直对计算机的“骨骼”和“血脉”感到好奇，那些看不见的指令如何驱动着我们日常使用的复杂软件，又如何才能设计出更高效、更强大的处理器。这本书，就像一位循循善诱的老师，并没有上来就抛出晦涩的概念，而是从最基础的指令集架构（ISA）讲起，一点点铺陈开来。我记得作者用了很多生动的比喻，比如把CPU比作一个繁忙的工厂，指令就是流水线上等待加工的产品，而寄存器则是车间里随手可取的工具。这样的讲解方式，极大地降低了理解门槛，让我这个初学者也能在其中找到乐趣。我尤其欣赏书中对性能度量的强调，那些量化的研究方法，让我明白，在计算机体系结构的世界里，直觉和猜测是远远不够的，一切都要用数据说话，用精确的测量来验证理论。这种严谨的态度，不仅让我学到了知识，更潜移默化地影响了我思考问题的方式。

评分☆☆☆☆☆

在我眼中，这本书的价值远不止于技术层面的知识传递，它更像是一次对计算机科学精神的深度探寻。作者们并非只是罗列枯燥的公式和图表，而是巧妙地将历史发展、理论演进和实践应用融为一体。当我读到书中关于指令流水线（pipelining）的章节时，我仿佛亲眼目睹了CPU性能提升的革命性进程。那种将原本串行的操作并行化处理的思想，简洁却又极其强大，让我对“巧妙的设计”有了全新的认识。书中对不同微体系结构（microarchitecture）的详细剖析，例如超标量（superscalar）和乱序执行（out-of-order execution），让我看到了工程师们为了榨取每一丝性能潜力所付出的智慧和努力。更让我印象深刻的是，书中并没有回避其中的权衡和取舍，而是清晰地阐述了在各种设计决策背后，所面临的复杂 trade-offs。这种辩证的视角，让我在学习技术的同时，也学会了如何从更宏观的角度去评估和选择技术方案。我常常在思考，书中提到的那些“黄金法则”，是否也适用于我们生活中的其他领域，那些看似微小的优化，是否能带来意想不到的整体提升。

评分☆☆☆☆☆

对于像我这样，已经有一定编程基础，但对底层硬件原理知之甚少的读者来说，这本书无疑是一扇通往新世界的大门。它不像某些入门读物那样浅尝辄止，也不会一开始就抛出令人望而却步的深度内容。它恰到好处地平衡了广度和深度。我记得当我读到缓存（cache）一致性协议的部分时，最初感到有些吃力。然而，作者通过一系列精心设计的图示和循序渐进的解释，让我逐渐理解了多处理器系统中，数据如何被同步和更新。那种“恍然大悟”的感觉，至今仍让我回味无穷。这本书的一个显著特点是，它在讲解基本概念的同时，也非常注重对实际工程问题的探讨。例如，在谈到功耗管理和散热问题时，书中就清晰地指出了这些因素是如何影响处理器设计的，以及在实际设计中需要考虑哪些方面的优化。这让我明白，计算机体系结构并非是孤立存在的理论，而是与现实世界的物理约束和成本效益紧密相连的。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的最大感受是，它教会了我如何“思考”计算机。它不仅仅是罗列事实，而是引导我理解“为什么”。例如，当讨论到分支预测（branch prediction）时，书中解释了CPU在执行指令时，如何尝试预测分支的走向，以避免流水线停顿。这种预测的机制，以及相关的错误预测惩罚，让我看到了CPU设计中，为了追求速度而付出的努力和引入的复杂性。书中对指令集架构（ISA）的分析，让我理解了不同的ISA如何影响软件的移植性和性能。我尤其欣赏书中对一些经典体系结构的案例分析，这让我能够将书中的理论知识与实际存在的处理器联系起来。它不是一本读完就能立刻成为专家的书，但它提供了一个坚实的基础，让我有能力去探索更深层次的计算机体系结构问题。每一次翻阅，我都能在其中发现新的启示，它就像一个无尽的宝藏，等待着我去挖掘。