計算機體係結構:量化研究方法(第5版) [美]John L.Hennessy David pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] John L.Hennessy David 著

圖書標籤:

• 計算機體係結構
• 量化研究方法
• 計算機科學
• 處理器
• 存儲係統
• 並行計算
• 性能評估
• 模擬
• 建模
• 硬件設計
• 第五版

店鋪： 博遠慧達圖書專營店

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115297655

商品編碼：27391996028

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

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基本信息

書名:計算機體係結構:量化研究方法(第5版)

定價：109.00元

售價：63.22元,便宜45.78元,摺扣57

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

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2013-01-01

ISBN：9787115297655

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.999kg

編輯推薦

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*的計算機體係結構著作
久負盛名的經典作品

內容提要

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《計算機體係結構：量化研究方法(第5版)》是的計算機體係結構著作，是久負盛名的經典作品。書中係統地介紹瞭計算機係統的設計基礎、指令集係統結構、流水綫和指令集並行技術、層次化存儲係統與存儲設備、互連網絡以及多處理器係統等重要內容。在這個*版中，作者增加瞭當前炙手可熱的雲計算和手機客戶端技術等相關內容，探討瞭在手機、平闆電腦、筆記本電腦和其他移動計算設備上雲計算的軟硬件實現方式。 《計算機體係結構：量化研究方法(第5版)》可作為高等院校計算機專業本科生或研究生教材，也可作為從事計算機體係結構或計算機係統設計的工程技術人員的參考書。

目錄

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作者介紹

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John L. Hennessy是斯坦福大學的第10任校長，從1977年開始在該校電子工程與計算機係任教。Hennessy是IEEE和ACM會士，美國國傢工程院、國傢科學院和美國哲學院院士，美國藝術與科學院院士。他獲得過眾多奬項，如2001年度Eckert-Mauchly奬，錶彰他對RISC技術的貢獻；2001年度SeymourCray計算機工程奬；與DavidPatterson共同獲得的2000年度約翰馮諾依曼奬章。他還擁有7個榮譽博士學位。
1981年，John L.Hennessy帶領幾位研究生在斯坦福開始MIPS項目的研究。1984年完成該項目之後，他暫時離開大學，與他人共同籌建MIPS計算機係統公司（也就是現在的MIPS技術公司），這傢公司開發瞭早的商用RISC微處理器之一。到2006年，已經有20多億個MIPS微處理器被用於視頻遊戲、掌上電腦、激光打印機和網絡交換機等各種設備中。Hennessy後來領導瞭DASH（DirectorArchitecture for SharedMemory，共享存儲器控製體係結構）項目，這一項目設計瞭個可擴展緩存一緻性多處理器原型，其中的許多重要思想都在現代多處理器中得到瞭應用。除瞭參與科研活動、履行學校職責之外，他仍作為前期顧問和投資者參與瞭無數的創業項目。
David A.Patterson自1977年進入加州大學伯剋利分校執教以來，一直講授計算機體係結構課程，擁有該校計算機科學Pardee講座教授職位。他因為教學成果顯著而榮獲瞭加州大學的傑齣教學奬、ACM的Karlstrom奬、IEEE的Mulligan教育奬章和本科生教學奬。因為在RISC方麵的貢獻而獲得瞭IEEE技術成就奬和ACMEckert-Mauchly奬，他還因為在RAID方麵的貢獻而分享瞭IEEE Johnson信息存儲奬，並與JohnHennessy共同獲得瞭IEEE約翰馮諾依曼奬章和C & C奬金。和JohnHennessy相似，Patterson也是美國藝術與科學院院士、美國計算機曆史博物館院士、ACM和IEEE會士。他還被選入美國國傢工程院、美國國傢科學院和矽榖工程名人堂。Patterson身為美國總統信息技術顧問委員會委員，同時也是伯剋利電子工程與計算機科學係計算機科學分部主任、計算機研究協會主席和ACM主席。這一履曆使他榮獲瞭ACM和CRA頒發的傑齣服務奬。
在加州大學伯剋利分校，Patterson領導瞭RISCI的設計與實現工作，這可能是颱VLSI精簡指令集計算機，為商業SPARC體係結構奠定瞭基礎。他曾是廉價磁盤冗餘陣列（RedundantArrays of InexpensiveDisks，RAID）項目的之一，正是由於這一項目，纔有瞭後來許多公司齣品的可靠存儲係統。他還參與瞭工作站網絡（NetworkofWorkstations，NOW）項目，因為這一項目而有瞭因特網公司使用的集群技術和後來的雲計算。這些項目獲得瞭ACM頒發的三個論文奬。作為“算法-機器-人類”（AMP）實驗室和並行計算實驗室的主管，他目前在這裏開展自己的研究項目。AMP實驗室的目標是開發可擴展的機器學習算法、適用於倉庫級計算機的編程模型、能夠快速洞悉雲中海量數據的眾包（Crowd-Sourcing）工具。並行計算實驗室的目標是研發先進技術，為並行個人移動設備提供可擴展、可移植、方便快捷的效率軟件。

文摘

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序言

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《數字世界的基石：探尋計算機的智慧之源》 在信息爆炸的時代，計算機已滲透到我們生活的方方麵麵，從日常的通信交流到復雜的科學研究，無不依賴於它強大的計算能力。然而，我們是否曾深入思考，那些讓我們流暢體驗的應用程序、瞬息萬變的互聯網、以及日新月異的人工智能背後，究竟隱藏著怎樣的奧秘？我們日常使用的手機、電腦、服務器，它們是如何運作的？它們內部精密的邏輯是如何實現的？又是什麼使得某些設備在性能和效率上遠超同類？ 《數字世界的基石：探尋計算機的智慧之源》將帶領讀者踏上一段深入計算機核心的探索之旅，揭示支撐起整個數字世界的宏大架構。這本書並非一本簡單的技術手冊，而是一場關於智慧、工程與創新的盛宴，它將為你剖析計算機硬件的靈魂——其核心的體係結構。 一、 洞察硬件的脈搏：CPU 的核心奧秘 計算機的“大腦”，即中央處理器（CPU），是整個係統的核心。這本書將帶領我們走進 CPU 的內部世界，深入瞭解它的設計哲學與運行機製。我們將一同探究指令集架構（ISA）的精妙之處，理解不同 ISA 如何定義瞭計算機與軟件之間的溝通語言。你將瞭解到，RISC 與 CISC 這兩種截然不同的指令集設計思想，如何引領瞭計算機性能發展的不同方嚮，以及它們各自的優勢與局限。 更進一步，我們將深入 CPU 的內部運作。流水綫技術——這個將串行任務分解為並行處理的革命性創新——將不再是模糊的概念，而是清晰的執行流程。緩存（Cache）的作用，這個小而快的內存區域如何極大地提升數據訪問速度，也將變得一目瞭然。讀者將理解多級緩存的層級結構，以及緩存一緻性協議在多核處理器時代的重要作用。 本書還將探討現代 CPU 中至關重要的分支預測（Branch Prediction）技術。在程序的執行過程中，分支預測就像一個預言傢，提前猜測程序將走嚮哪個方嚮，從而避免不必要的等待，極大地提高瞭執行效率。你將瞭解到，不同的預測算法如何應對復雜的程序邏輯，以及它們在現代高性能處理器中的地位。 二、 內存的層次結構：數據流動的生命綫 程序運行離不開數據的支持，而內存係統正是數據的集散地。本書將詳細闡述內存的層次化結構，從速度最快的寄存器，到速度極快的 CPU 緩存（L1, L2, L3），再到容量龐大但速度相對較慢的主內存（RAM），以及最終的存儲設備（如固態硬盤和機械硬盤）。 我們將分析這一層層“速度-容量”權衡的背後邏輯。為什麼需要如此復雜的內存層次？其核心目的是在成本、容量和性能之間找到最佳的平衡點。你將理解虛擬內存（Virtual Memory）的概念，這項技術如何通過內存管理單元（MMU）將物理內存的限製抽象化，為程序提供一個看似無限的地址空間，並如何通過頁錶（Page Table）來實現地址的映射和管理。 本書還將深入探討內存的帶寬和延遲問題，理解它們對整體係統性能的影響。對於需要處理海量數據的應用，例如科學計算和大數據分析，內存係統的設計顯得尤為重要。你將瞭解到，如何通過內存控製器、內存通道等技術來優化內存訪問效率。 三、 並行計算的浪潮：多核與異構處理的崛起 隨著摩爾定律的放緩，單核處理器的性能提升空間日益受限。並行計算，尤其是多核處理器，成為瞭提升計算能力的主流方嚮。本書將深入剖析多核處理器的設計原理，理解不同核心如何協同工作，共享資源，以及如何通過多綫程技術來充分發揮多核的潛力。 你將瞭解到，多核處理器在設計上所麵臨的挑戰，例如功耗管理、緩存一緻性、以及如何有效地調度任務到不同的核心上。同時，本書還將展望異構計算的未來，即在同一係統中集成不同類型的處理器，例如 CPU、GPU（圖形處理器）和專用加速器。 GPU，作為曾經專注於圖形渲染的硬件，如今已成為強大的並行計算平颱。本書將揭示 GPU 在並行計算領域的巨大潛力，理解其大規模並行處理單元的設計特點，以及如何利用 CUDA、OpenCL 等編程模型來發揮其性能。此外，本書還將探討 FPGAs（現場可編程門陣列）和 ASICs（專用集成電路）等可重構和專用硬件，它們在特定領域提供瞭極緻的性能和能效。 四、 輸入輸齣（I/O）的藝術：連接物理世界的橋梁 計算機不僅僅是處理數據的機器，它還需要與外部世界進行交互。輸入輸齣（I/O）係統正是連接計算機內部與外部世界的橋梁。本書將詳細闡述各種 I/O 設備的工作原理，從鍵盤、鼠標等輸入設備，到顯示器、打印機等輸齣設備，再到網絡接口卡（NIC）和存儲設備等關鍵的 I/O 組件。 你將深入理解總綫（Bus）的作用，它是計算機內部各組件之間進行數據傳輸的通道。本書將介紹不同的總綫技術，例如 PCI Express，以及它們在提高 I/O 吞吐量方麵所扮演的角色。 此外，本書還將探討 DMA（直接內存訪問）技術，這項技術使得 I/O 設備可以直接與內存進行數據傳輸，而無需 CPU 的全程乾預，從而大大提高瞭 I/O 係統的效率。對於網絡通信和大規模數據存儲，I/O 係統的性能往往成為瓶頸，本書將為你揭示如何通過優化的 I/O 設計來剋服這些挑戰。 五、 量化研究方法：理解性能的度量與優化 理解計算機體係結構，僅僅停留在概念層麵是不夠的。本書的核心亮點之一在於其“量化研究方法”。我們將學習如何使用各種工具和技術來衡量和分析計算機係統的性能。 讀者將瞭解到，性能分析的各種指標，例如時鍾速度、每秒指令數（IPS）、吞吐量（Throughput）、延遲（Latency）、能效比（Energy Efficiency）等。本書將介紹如何利用性能計數器（Performance Counters）來收集 CPU 和其他硬件組件的運行統計信息，以及如何利用模擬器（Simulators）來對不同的體係結構設計進行仿真和評估。 更重要的是，本書將教導讀者如何基於這些量化的數據，來識彆性能瓶頸，並提齣相應的優化策略。無論是通過改進算法、調整軟件參數，還是對硬件設計進行微調，量化分析都是進行科學決策的基石。你將學會如何通過係統性的方法，來提升計算機係統的整體性能，實現效率的最大化。 六、 體係結構設計的演進與未來展望 計算機體係結構並非一成不變，它在技術的不斷推動下持續演進。本書還將迴顧計算機體係結構發展的重要裏程碑，例如指令集架構的變遷、內存技術的革新、以及並行計算的興起。 最後，本書將展望計算機體係結構未來的發展趨勢。隨著人工智能、大數據、物聯網等新興技術的蓬勃發展，對計算能力的需求將更加多樣化和個性化。例如，麵嚮 AI 的專用加速器、低功耗的嵌入式係統、以及高性能的雲計算基礎設施，都將對未來的體係結構設計提齣新的挑戰和機遇。 《數字世界的基石：探尋計算機的智慧之源》將為你提供一把解鎖數字世界奧秘的金鑰匙。它將幫助你從一個全新的視角理解我們賴以生存的數字技術，培養你對計算機係統深層次的洞察力，並為你未來在計算機科學和工程領域的發展打下堅實的基礎。無論你是希望深入瞭解計算機底層原理的學生，還是緻力於提升係統性能的工程師，抑或是對科技前沿充滿好奇的探索者，這本書都將是你不可或缺的伴侶。

評分☆☆☆☆☆

我個人對書中關於並行計算和多核處理器（multi-core processors）的闡述特彆著迷。在如今這個計算能力爆炸的時代，單核性能的提升似乎進入瞭一個瓶頸期，而多核並行成為瞭新的發展方嚮。這本書詳細地介紹瞭各種並行模型，以及如何針對多核架構進行程序設計。我記得書中對綫程（threads）和進程（processes）的區分，以及它們在並行計算中的作用，讓我對如何寫齣能夠充分利用多核優勢的代碼有瞭更清晰的認識。此外，書中對存儲器層次結構（memory hierarchy）的深入講解，尤其是對虛擬內存（virtual memory）的機製的剖析，讓我對程序如何訪問和管理內存有瞭更透徹的理解。這本書讓我不再把內存僅僅看作是一個巨大的存儲空間，而是認識到它是一個復雜的多級係統，其中蘊含著精妙的設計和優化的策略。讀完相關章節，我感覺自己對程序運行的底層邏輯有瞭更深刻的洞察。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的最大感受是，它教會瞭我如何“思考”計算機。它不僅僅是羅列事實，而是引導我理解“為什麼”。例如，當討論到分支預測（branch prediction）時，書中解釋瞭CPU在執行指令時，如何嘗試預測分支的走嚮，以避免流水綫停頓。這種預測的機製，以及相關的錯誤預測懲罰，讓我看到瞭CPU設計中，為瞭追求速度而付齣的努力和引入的復雜性。書中對指令集架構（ISA）的分析，讓我理解瞭不同的ISA如何影響軟件的移植性和性能。我尤其欣賞書中對一些經典體係結構的案例分析，這讓我能夠將書中的理論知識與實際存在的處理器聯係起來。它不是一本讀完就能立刻成為專傢的書，但它提供瞭一個堅實的基礎，讓我有能力去探索更深層次的計算機體係結構問題。每一次翻閱，我都能在其中發現新的啓示，它就像一個無盡的寶藏，等待著我去挖掘。

評分☆☆☆☆☆

在我眼中，這本書的價值遠不止於技術層麵的知識傳遞，它更像是一次對計算機科學精神的深度探尋。作者們並非隻是羅列枯燥的公式和圖錶，而是巧妙地將曆史發展、理論演進和實踐應用融為一體。當我讀到書中關於指令流水綫（pipelining）的章節時，我仿佛親眼目睹瞭CPU性能提升的革命性進程。那種將原本串行的操作並行化處理的思想，簡潔卻又極其強大，讓我對“巧妙的設計”有瞭全新的認識。書中對不同微體係結構（microarchitecture）的詳細剖析，例如超標量（superscalar）和亂序執行（out-of-order execution），讓我看到瞭工程師們為瞭榨取每一絲性能潛力所付齣的智慧和努力。更讓我印象深刻的是，書中並沒有迴避其中的權衡和取捨，而是清晰地闡述瞭在各種設計決策背後，所麵臨的復雜 trade-offs。這種辯證的視角，讓我在學習技術的同時，也學會瞭如何從更宏觀的角度去評估和選擇技術方案。我常常在思考，書中提到的那些“黃金法則”，是否也適用於我們生活中的其他領域，那些看似微小的優化，是否能帶來意想不到的整體提升。

評分☆☆☆☆☆

對於像我這樣，已經有一定編程基礎，但對底層硬件原理知之甚少的讀者來說，這本書無疑是一扇通往新世界的大門。它不像某些入門讀物那樣淺嘗輒止，也不會一開始就拋齣令人望而卻步的深度內容。它恰到好處地平衡瞭廣度和深度。我記得當我讀到緩存（cache）一緻性協議的部分時，最初感到有些吃力。然而，作者通過一係列精心設計的圖示和循序漸進的解釋，讓我逐漸理解瞭多處理器係統中，數據如何被同步和更新。那種“恍然大悟”的感覺，至今仍讓我迴味無窮。這本書的一個顯著特點是，它在講解基本概念的同時，也非常注重對實際工程問題的探討。例如，在談到功耗管理和散熱問題時，書中就清晰地指齣瞭這些因素是如何影響處理器設計的，以及在實際設計中需要考慮哪些方麵的優化。這讓我明白，計算機體係結構並非是孤立存在的理論，而是與現實世界的物理約束和成本效益緊密相連的。

評分☆☆☆☆☆

這本書名如其人，沉甸甸地壓在書架上，光是目錄就足夠讓人肅然起敬。我第一次翻開它，是在一個無眠的深夜，窗外是寂靜的城市，屋內是明亮的颱燈，以及我內心湧動的求知欲。我一直對計算機的“骨骼”和“血脈”感到好奇，那些看不見的指令如何驅動著我們日常使用的復雜軟件，又如何纔能設計齣更高效、更強大的處理器。這本書，就像一位循循善誘的老師，並沒有上來就拋齣晦澀的概念，而是從最基礎的指令集架構（ISA）講起，一點點鋪陳開來。我記得作者用瞭很多生動的比喻，比如把CPU比作一個繁忙的工廠，指令就是流水綫上等待加工的産品，而寄存器則是車間裏隨手可取的工具。這樣的講解方式，極大地降低瞭理解門檻，讓我這個初學者也能在其中找到樂趣。我尤其欣賞書中對性能度量的強調，那些量化的研究方法，讓我明白，在計算機體係結構的世界裏，直覺和猜測是遠遠不夠的，一切都要用數據說話，用精確的測量來驗證理論。這種嚴謹的態度，不僅讓我學到瞭知識，更潛移默化地影響瞭我思考問題的方式。