计算机组成与体系结构:性能设计(原书第8版)(以intel x86和arm两个处理器系列为例，介绍系统性能设计问题)
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计算机书籍
《计算机组成与体系结构:性能设计(原书第8版)》以intel x86和arm两个处理器系列为例，结合当代计算机系统性能设计问题，介绍了计算机体系结构的主流技术和最新技术。本书共18章，分5个部分，第一部分（第1~2章）概述计算机组成与体系结构，并讨论计算机的演变和性能；第二部分（第3~8章）讨论计算机的主要部件及其互连；第三部分（第9~14章）讨论处理器的内部结构和组织；第四部分（第15~16章）讨论处理器中控制器的内部结构和微程序设计的使用；第五部分（第17~18章）讨论并行组织，包括对称多处理器、集群系统和多核体系结构。
《计算机组成与体系结构:性能设计(原书第8版)》可作为高等院校计算机及相关专业的计算机体系结构课程教材或教学参考书，同时也可以作为从事计算机研究与开发的技术人员的参考书。
计算机书籍
《计算机组成与体系结构:性能设计(原书第8版)》以intel x86和arm两个处理器系列为例，结合当代计算机系统性能设计问题，介绍了计算机体系结构的主流技术和最新技术。本书共18章，分5个部分，第一部分（第1~2章）概述计算机组成与体系结构，并讨论计算机的演变和性能；第二部分（第3~8章）讨论计算机的主要部件及其互连；第三部分（第9~14章）讨论处理器的内部结构和组织；第四部分（第15~16章）讨论处理器中控制器的内部结构和微程序设计的使用；第五部分（第17~18章）讨论并行组织，包括对称多处理器、集群系统和多核体系结构。
《计算机组成与体系结构:性能设计(原书第8版)》可作为高等院校计算机及相关专业的计算机体系结构课程教材或教学参考书，同时也可以作为从事计算机研究与开发的技术人员的参考书。
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《计算机组成与体系结构:性能设计(原书第8版)》
出版者的话
译者序
前言
第0章读者指南1
0.1本书概要1
0.2导读1
0.3为何要学习计算机组成和体系结构1
0.4因特网与web资源2
0.4.1本书的web站点2
0.4.2其他web站点3
0.4.3usenet新闻组3
第一部分概论
第1章导论6
1.1计算机组成与体系结构6
1.2结构和功能7
1.2.1功能7
1.2.2结构8
1.3关键词和思考题9
第2章计算机的演变和性能10
出版者的话
译者序
前言
第0章读者指南1
0.1本书概要1
0.2导读1
0.3为何要学习计算机组成和体系结构1
0.4因特网与web资源2
0.4.1本书的web站点2
0.4.2其他web站点3
0.4.3usenet新闻组3
第一部分概论
第1章导论6
1.1计算机组成与体系结构6
1.2结构和功能7
1.2.1功能7
1.2.2结构8
1.3关键词和思考题9
第2章计算机的演变和性能10
译者序回到顶部↑
William Stallings是美国最著名的计算机专业作家之一，他在计算机体系结构、计算机网络和信息安全等方面成就卓著，十次荣获美国教材与大学作者协会颁发的“年度最佳计算机科学与工程教材”奖。本书译自他编著的《Computer Organization and Architecture: Designing for Performance》，该书畅销欧美，一直是美国深受欢迎的大学教材。该教材先后推出了8版，这一版对原有内容进行了彻底的修订和重组，使新版对计算机体系结构各专题的阐述更先进、更全面、更清晰。
作者编著本书的目的是使读者知晓当代计算机组成和体系结构的设计原理和实现考虑，并非单纯地讲述概念或理论。为此，本书选用了许多不同机器的例子来阐明和强化所提供的概念。大部分例子来自两种计算机系列：Intel x86系列和ARM（先进的RISC机器）系列。这两种系统共同概括了当前计算机设计趋势的大部分。Intel x86结构基本上是一个带有某些RISC特征的复杂指令集计算机（CISC），而ARM本质上是一个精简指令集计算机（RISC）。两个系统都利用了超标量设计原则，并且都支持多个处理器和多核配置。
全书共分为5个部分，第一部分（第1~2章）概述计算机组成与体系结构，并讨论计算机的发展演变、性能设计与测评；第二部分（第3~8章）介绍计算机的主要部件及其互连、cache存储器、内部存储器、外部存储器、输入/输出（I/O）以及计算机体系结构与操作系统之间的关系；第三部分（第9~14章）介绍中央处理器，包括计算机的运算、指令集结构、处理器的结构和功能、精简指令集计算机（RISC）、指令级并行和超标量方法；第四部分（第15~16章）讨论处理器中控制器的内部结构和微程序设计技术；第五部分（第17~18章）研究并行组织，包括对称多处理器、集群系统和多核体系结构。本书还具有许多有利于教学的特点，例如，20个独立的交互式模拟工具的使用、大量插图和表格使讨论更清楚等；每一章均包含关键词、思考题、习题以及推荐的读物和Web站点；书末附有一个术语表和参考文献；本书包含的大量扩展性知识可以从配套网站http://www.pearsonhighered.com/stallings下载。本书可作为高等院校计算机及其相关专业的计算机体系结构课程教材或教学参考书，同时也可以作为从事计算机研究与开发的技术人员的参考书。
本书的第0～8章、前言和术语表由彭蔓蔓翻译，第9～16章、第18章和附录由吴强翻译，第17章由任小西翻译。此外，喻品、李冬妮、李柳、张吉良、邓朋球等研究生也参与了部分工作。在翻译过程中，我们参阅了张昆藏教授等翻译的《计算机组织与体系结构：性能设计》（第6版，清华大学出版社2004年出版），在此深表感谢！
尽管我们从事计算机组成与体系结构的教学和科研工作多年，在翻译过程中本着认真负责、力求精准的精神，但错误难免，希望广大读者批评指正。
译者
2011年3月于长沙
作者编著本书的目的是使读者知晓当代计算机组成和体系结构的设计原理和实现考虑，并非单纯地讲述概念或理论。为此，本书选用了许多不同机器的例子来阐明和强化所提供的概念。大部分例子来自两种计算机系列：Intel x86系列和ARM（先进的RISC机器）系列。这两种系统共同概括了当前计算机设计趋势的大部分。Intel x86结构基本上是一个带有某些RISC特征的复杂指令集计算机（CISC），而ARM本质上是一个精简指令集计算机（RISC）。两个系统都利用了超标量设计原则，并且都支持多个处理器和多核配置。
全书共分为5个部分，第一部分（第1~2章）概述计算机组成与体系结构，并讨论计算机的发展演变、性能设计与测评；第二部分（第3~8章）介绍计算机的主要部件及其互连、cache存储器、内部存储器、外部存储器、输入/输出（I/O）以及计算机体系结构与操作系统之间的关系；第三部分（第9~14章）介绍中央处理器，包括计算机的运算、指令集结构、处理器的结构和功能、精简指令集计算机（RISC）、指令级并行和超标量方法；第四部分（第15~16章）讨论处理器中控制器的内部结构和微程序设计技术；第五部分（第17~18章）研究并行组织，包括对称多处理器、集群系统和多核体系结构。本书还具有许多有利于教学的特点，例如，20个独立的交互式模拟工具的使用、大量插图和表格使讨论更清楚等；每一章均包含关键词、思考题、习题以及推荐的读物和Web站点；书末附有一个术语表和参考文献；本书包含的大量扩展性知识可以从配套网站http://www.pearsonhighered.com/stallings下载。本书可作为高等院校计算机及其相关专业的计算机体系结构课程教材或教学参考书，同时也可以作为从事计算机研究与开发的技术人员的参考书。
本书的第0～8章、前言和术语表由彭蔓蔓翻译，第9～16章、第18章和附录由吴强翻译，第17章由任小西翻译。此外，喻品、李冬妮、李柳、张吉良、邓朋球等研究生也参与了部分工作。在翻译过程中，我们参阅了张昆藏教授等翻译的《计算机组织与体系结构：性能设计》（第6版，清华大学出版社2004年出版），在此深表感谢！
尽管我们从事计算机组成与体系结构的教学和科研工作多年，在翻译过程中本着认真负责、力求精准的精神，但错误难免，希望广大读者批评指正。
译者
2011年3月于长沙
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Computer Organization and Architecture: Designing for Performance, 8E
目标
这是一本关于计算机结构和功能方面的书，力求清晰完整地给出当今计算机系统的性质和特征。
这项任务极具挑战性，主要有如下几个原因：首先，有非常多的产品类型都冠以“计算机”的名字，从只值几美元的单片机到价值几千万美元的超级计算机。这种多样性不仅体现在价格上，也体现在规模、性能和应用上。其次，计算机技术的快速变化步伐从未停止过，这一直以来就是它的特征。这些变化涉及计算机技术的所有方面，从用于构造计算机部件底层的集成电路技术，到组合这些部件的并行组织概念。
尽管计算机领域存在着种类的多样性和变化的迅速性，但某些基本概念始终不变。当然，这些概念的应用取决于当前的技术状况和设计者的性能/价格目标。本书的目的在于深入讨论计算机组成与体系结构的基本原理和概念，并将它们运用到当代计算机系统设计的问题上。
副标题（性能设计）指出了本书的主题和采用的方法。计算机系统的高性能设计历来都是最重要的，但这一要求从来没有像现在这样强烈和难以满足。计算机系统的所有基本性能特征，包括处理器速度、存储器速度、存储器容量和互连的数据速率，都在迅速提高，而且是以不同的速率在提高。这就使得设计一个实现性能最大化并考虑所有因素影响的平衡系统变得非常困难。于是，计算机设计越来越成为一种博弈，它要以改变一个领域的结构和功能来补偿另一领域的性能失配。我们将会看到，这种博弈贯穿本书的许多设计。
像任何系统一样，计算机系统由一组相互关联的部件组成。通过结构（部件互连的方式）和功能（单个部件的操作）最能表征一个系统。而且，计算机的组织是层次化的，通过将每个主要部件分解成主要子部件，并描述各主要子部件的结构和功能，可以进一步描述各主要部件。为了清晰和易于理解，本书自顶向下地描述这种层次化组织。
计算机系统：主要部件是处理器、存储器和I/O。
处理器：主要部件是控制器（或控制单元）、寄存器、ALU和指令执行单元。
控制器：为所有的处理器部件的操作和协调提供控制信号。传统上，一直使用的是微程序实现方式，其主要部件包括控制存储器、微指令序列逻辑和寄存器。最近，微程序设计已经不占主导地位，但仍是一种重要的实现技术。
本书力求采用在清晰的上下文中组织新素材的方式讲解有关内容，以最大限度地避免读者的迷惑，这样应该比自底向上的讲解方式更好。
考察系统的两个着眼点是体系结构（机器语言程序员可见的系统属性）和组成（实现体系结构的操作单元和它们的互连），它们将贯穿于全书的讨论之中。
使用的范例
本书希望读者熟悉当代操作系统的设计原理和实现方法，因此，纯概念或纯理论的阐述是不适合的。为了说明概念并将它们与现实世界中必须要做的设计选择联系起来，本书选用以下两个处理器系列作为贯穿全书的范例：
Intel x86体系结构：Intel x86体系结构非常广泛地应用于非嵌入式计算机系统。Intel x86基本上是一种复杂指令集计算机（CISC），但具有某些RISC特征。目前的x86系列成员都采用超标量体系结构和多核设计原则。x86体系结构的特征演变为学习大多数计算机体系结构的设计原理提供了一种独特的案例。
ARM：ARM嵌入式体系结构已被证明是应用最广泛的嵌入式处理器，它应用于手机、音乐播放器、远程传感设备以及很多其他设备。ARM基本上是一种精简指令集计算机（RISC）。目前的ARM系列成员都采用超标量体系结构和多核设计原则。
很多例子（但非全部）都出自这两个计算机系列：Intel x86和ARM嵌入式处理器系列。许多其他系统，包括当代的和历史上的，也提供了计算机体系结构设计特征的重要案例。
本书结构
本书由以下五个部分组成：
概论
目标
这是一本关于计算机结构和功能方面的书，力求清晰完整地给出当今计算机系统的性质和特征。
这项任务极具挑战性，主要有如下几个原因：首先，有非常多的产品类型都冠以“计算机”的名字，从只值几美元的单片机到价值几千万美元的超级计算机。这种多样性不仅体现在价格上，也体现在规模、性能和应用上。其次，计算机技术的快速变化步伐从未停止过，这一直以来就是它的特征。这些变化涉及计算机技术的所有方面，从用于构造计算机部件底层的集成电路技术，到组合这些部件的并行组织概念。
尽管计算机领域存在着种类的多样性和变化的迅速性，但某些基本概念始终不变。当然，这些概念的应用取决于当前的技术状况和设计者的性能/价格目标。本书的目的在于深入讨论计算机组成与体系结构的基本原理和概念，并将它们运用到当代计算机系统设计的问题上。
副标题（性能设计）指出了本书的主题和采用的方法。计算机系统的高性能设计历来都是最重要的，但这一要求从来没有像现在这样强烈和难以满足。计算机系统的所有基本性能特征，包括处理器速度、存储器速度、存储器容量和互连的数据速率，都在迅速提高，而且是以不同的速率在提高。这就使得设计一个实现性能最大化并考虑所有因素影响的平衡系统变得非常困难。于是，计算机设计越来越成为一种博弈，它要以改变一个领域的结构和功能来补偿另一领域的性能失配。我们将会看到，这种博弈贯穿本书的许多设计。
像任何系统一样，计算机系统由一组相互关联的部件组成。通过结构（部件互连的方式）和功能（单个部件的操作）最能表征一个系统。而且，计算机的组织是层次化的，通过将每个主要部件分解成主要子部件，并描述各主要子部件的结构和功能，可以进一步描述各主要部件。为了清晰和易于理解，本书自顶向下地描述这种层次化组织。
计算机系统：主要部件是处理器、存储器和I/O。
处理器：主要部件是控制器（或控制单元）、寄存器、ALU和指令执行单元。
控制器：为所有的处理器部件的操作和协调提供控制信号。传统上，一直使用的是微程序实现方式，其主要部件包括控制存储器、微指令序列逻辑和寄存器。最近，微程序设计已经不占主导地位，但仍是一种重要的实现技术。
本书力求采用在清晰的上下文中组织新素材的方式讲解有关内容，以最大限度地避免读者的迷惑，这样应该比自底向上的讲解方式更好。
考察系统的两个着眼点是体系结构（机器语言程序员可见的系统属性）和组成（实现体系结构的操作单元和它们的互连），它们将贯穿于全书的讨论之中。
使用的范例
本书希望读者熟悉当代操作系统的设计原理和实现方法，因此，纯概念或纯理论的阐述是不适合的。为了说明概念并将它们与现实世界中必须要做的设计选择联系起来，本书选用以下两个处理器系列作为贯穿全书的范例：
Intel x86体系结构：Intel x86体系结构非常广泛地应用于非嵌入式计算机系统。Intel x86基本上是一种复杂指令集计算机（CISC），但具有某些RISC特征。目前的x86系列成员都采用超标量体系结构和多核设计原则。x86体系结构的特征演变为学习大多数计算机体系结构的设计原理提供了一种独特的案例。
ARM：ARM嵌入式体系结构已被证明是应用最广泛的嵌入式处理器，它应用于手机、音乐播放器、远程传感设备以及很多其他设备。ARM基本上是一种精简指令集计算机（RISC）。目前的ARM系列成员都采用超标量体系结构和多核设计原则。
很多例子（但非全部）都出自这两个计算机系列：Intel x86和ARM嵌入式处理器系列。许多其他系统，包括当代的和历史上的，也提供了计算机体系结构设计特征的重要案例。
本书结构
本书由以下五个部分组成：
概论
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