计算机组成(原书第5版)
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- 原书名： Computer Organization Fifth Edition
- 原出版社： Mc Graw Hill
- 作者： (加)Carl Hamacher Zvonko Vranesic Safwat Zaky [作译者介绍]
- 译者： 张红光 张健民 李莹
- 丛书名： 计算机科学丛书
- 出版社：机械工业出版社
- ISBN：7111142624
- 上架时间：2004-8-7
- 出版日期：2004 年8月
- 开本：16开
- 页码：580
- 版次：1-1
- 所属分类：
计算机 > 计算机科学理论与基础知识 > 基础知识 > 计算机原理
教材 > 征订教材 > 高等理工
教材 > 研究生/本科/专科教材 > 工学 > 计算机
教材 > 计算机教材 > 中职中专及职业培训 > 计算机中职中专教材
计算机 > 计算机组织与体系结构 > 综合
教材 > 计算机教材 > 本科/研究生 > 计算机专业教材 > 计算机专业课程 > 计算机组成原理
内容简介回到顶部↑
这本经典教材的第5版对计算机组成结构进行了全面的概括。它介绍了硬件设计的原理，并且说明了硬件设计是如何受软件需求影响的。本书素材经过反复改写，反映了计算机技术发展的现状。例如使用了典型的商用处理器来说明一般的概念．并用arm、68000以及pentium处理器作为主要的结构范例。书中还包括了有关嵌入式系统的讨论。本书涉及现代计算机设计的各个方面——处理器、输入
输出、存储器、外围设备以及通信链接，重点放在完整的计算机系统设计上。
本书结构清晰，使用灵活。主要面向已经学习了逻辑电路课程的学生．书后附有逻辑电路的内容介绍．没有这方面基础知识的学生也可使用。
本书结构清晰，使用灵活。主要面向已经学习了逻辑电路课程的学生．书后附有逻辑电路的内容介绍．没有这方面基础知识的学生也可使用。
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本书提供作译者介绍
CarlHamacher加拿大滑铁卢大学工程物理学土，加拿大金斯顿女皇大学(Queen's University at Kingston)电子工程硕士，纽约州Syracuse大学电子工程博士。1968-1990年任多伦多大学电子工程及计算机科学学院教授，1984-1988年担任计算机系统研究所所长，1988-1990年担任工程科学部主席。自1991年1月起任女皇大学电子及计算机工程学院教授，1991-1996年任应用科学系主任。1978-1979年曾作为访问学者到加利福尼亚州SanJose的IBM研究实验室工作。1986年作为访问研究员在法国Grenoble大学电路与系统.. << 查看详细
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第1章 计算机的基本结构
1．1 计算机的类型
1．2 功能部件
1．2．1 输入设备
1．2．2 存储器
1．2．3 运算器
1．2．4 输出设备
1．2．5 控制器
1．3 基本操作概念
1．4 总线结构
1．5 软件
1．6 性能
1．6．1 处理器时钟
1．6．2 基本性能公式
1．6．3 流水线和超标量操作
1．6．4 时钟频率
1．6．5 指令集：cisc和risc
1．6．6 编译器
1．6．7 性能测量
1．7 多处理器和多计算机
1．1 计算机的类型
1．2 功能部件
1．2．1 输入设备
1．2．2 存储器
1．2．3 运算器
1．2．4 输出设备
1．2．5 控制器
1．3 基本操作概念
1．4 总线结构
1．5 软件
1．6 性能
1．6．1 处理器时钟
1．6．2 基本性能公式
1．6．3 流水线和超标量操作
1．6．4 时钟频率
1．6．5 指令集：cisc和risc
1．6．6 编译器
1．6．7 性能测量
1．7 多处理器和多计算机
译者序回到顶部↑
计算机组成原理是学习计算机工程与计算机科学专业知识的基础，计算机系统设计的复杂性决定了本书论述内容的综合性和广泛性。计算机系统设计包含多个领域知识的研究与应用，而计算机体系结构的建立包括设计算法的选择、设计方案的确定、系统成本与系统性能的权衡以及硬件功能与软件功能的权衡等方面，需要考证大量的实验数据并积累实践经验。学习计算机组成原理就是要学会从多层面去理解所要解决的具体问题，从表面的现象中挖掘出系统内在的、深层次的联系，从硬件和软件两个角度探讨最佳的解决途径和解决方案。
《计算机组成》(Computer Organization)是一本经典的电子工程与计算机科学专业的本科教科书，它的第1版于1978年问世，之后陆续出版了第2~5版，我们本次翻译的第5版目前已成为多所世界知名大学的本科教材。本书知识结构合理，知识点全面完整，基本概念广泛而新颖。更可贵的是书中以流行的商用处理器作为范例，描述了各种基本知识和基本概念的应用方法和应用过程，使书中知识具有很强的实用性，同时还涵盖了当今许多先进的技术和设计思想。
本书由12章和5个附录部分组成，全面地介绍了计算机组成、计算机操作、计算机性能的基本概念，还介绍了外围设备、处理器系列模型以及嵌入式系统的一些主要内容。书中知识独立，适合讲授或自学。附录中的内容是对正文的补充，将两者结合起来学习可以收到良好的效果。
本书由张红光组织并翻译，张健民、李莹、蒋跃军参与了大量的翻译和校对工作。参加本书翻译、校对及整理工作的还有张楠、王华、徐巧丽、房金花等。南开大学微电子中心的李福才副教授对本书的翻译工作给予了大量的帮助和指导，在此一并表示感谢。
由于译者水平有限，译文中疏漏和错误在所难免，敬请读者批评指正。
译者
2003年12月于南开园
《计算机组成》(Computer Organization)是一本经典的电子工程与计算机科学专业的本科教科书，它的第1版于1978年问世，之后陆续出版了第2~5版，我们本次翻译的第5版目前已成为多所世界知名大学的本科教材。本书知识结构合理，知识点全面完整，基本概念广泛而新颖。更可贵的是书中以流行的商用处理器作为范例，描述了各种基本知识和基本概念的应用方法和应用过程，使书中知识具有很强的实用性，同时还涵盖了当今许多先进的技术和设计思想。
本书由12章和5个附录部分组成，全面地介绍了计算机组成、计算机操作、计算机性能的基本概念，还介绍了外围设备、处理器系列模型以及嵌入式系统的一些主要内容。书中知识独立，适合讲授或自学。附录中的内容是对正文的补充，将两者结合起来学习可以收到良好的效果。
本书由张红光组织并翻译，张健民、李莹、蒋跃军参与了大量的翻译和校对工作。参加本书翻译、校对及整理工作的还有张楠、王华、徐巧丽、房金花等。南开大学微电子中心的李福才副教授对本书的翻译工作给予了大量的帮助和指导，在此一并表示感谢。
由于译者水平有限，译文中疏漏和错误在所难免，敬请读者批评指正。
译者
2003年12月于南开园
前言回到顶部↑
本书适用于电子工程、计算机工程和计算机科学专业有关计算机组成方面的初级课程。本书的知识结构是相对独立的，假设读者已有了计算机高级语言程序设计的基本知识。
许多学习计算机组成的学生都已经学习了数字逻辑电路这一门引导课程。因此，本书的主体内容没有包含这一部分的知识。但是我们为有需要的读者提供了逻辑电路方面的详尽附录。
本书融入了作者在为电子及计算机工程、计算机科学与工程专业的本科生讲授计算机组成原理时所积累的丰富经验。在这个领域我们总是采用从实际出发的观点进行教学，因此形成了本书在内容上的一个关键考虑，即使用从商用计算机中提取的例子来说明计算机的组成原理。本书中的主要例子来源于以下处理器：ARM、Motorola 680X0、IntelPentium及Sun UltxaSPARC。
读者必须清楚地认识到，数字系统的设计并不是应用最佳设计算法的简单过程。许多设计决策取决于大量试探性的判断和经验。这包括在一系列选择方案中进行成本／性能、硬件傲件的权衡。我们的目标就是把这些思想传达给读者。
我们努力提供足够多的细节，鼓励学生在处理那些看上去很明显的问题时进行深层次的挖掘，我们相信最佳的途径是使用那些已被充分验证过的真实例子。框图是描述计算机组成特征的有效方法，但是它们容易使问题过于简单化。因此，必须使用各种实现方案的细节作为补充。
本书可以作为工程学或计算机科学专业一个学期的课程用书。它对于软件和硬件方向的学生均适用。尽管本书侧重于硬件，我们仍阐述了大量软件方面的问题，包括与指令执行性能、系统级并行操作协调以及实时应用程序相关的编译器与操作系统的基本知识。计算机专业人员有必要了解软件与硬件之间的交互与权衡问题。
本书的内容
下面我们按章节顺序来介绍一下本书的内容。前8章涵盖了计算机组成、操作及性能的基本概念，后4章讨论了嵌入式系统、外围设备、处理器系列的演变模型以及大型计算机系统。
第1章对计算机硬件和软件给出了总体的描述，并对在后续章节中将会深入研究的术语进行了概括性介绍。该章介绍了基本功能部件以及将它们相互连接组成一个完整计算机系统的方法，还介绍了系统软件的作用，并讨论了性能评估的基本内容。还介绍了计算机的发展简史。
第2章系统地介绍了机器指令、寻址技术和指令序列。为了便于讨论有效地址的生成，我们引入了二进制补码运算。用于讨论循环、子程序、简单的输入输出编程、排序和链表操作的程序示例均在机器指令级别上使用通用的汇编语言表示。
第3章以三种商用处理器——ARM、68000和Pentium为例说明了第2章中概念的具体实现。其中ARM处理器诠释了RISC设计风格，68000使用了易于接受的CISC设计，而Pentium处理器综合了RISC和CISC的设计风格并成为最成功的商业设计。这些内容构成三个独立而完整的部分。每个部分都包含第2章中提出的所有例子，它们使用指定的处理器进行了实现。学习其中任何一部分都能够满足继续学习本书后面章节的需要。如果实验室使用了书中介绍的其中一种处理器，那么第3章中的相关部分就可以与第2章同时讲授。
输入输出结构将在第4章中介绍。这一章讲述了I／O数据传输同步的基本知识以及一系列渐趋复杂的I／O结构。我们对中断和直接存储器访问方法进行了详细的描述，包括对操作系统中软件中断作用的具体讨论。还以PCI、SCSI以及USB标准为代表介绍了总线协议与标准。
第5章讨论了半导体存储器，包括SDRAM、Rambus和闪存(flash memory)的实现。作为增加主存储器带宽的方法，本章还介绍了高速缓存(cache)和多模块存储器系统。其中对高速缓存进行了详细讨论，包括性能建模。还介绍了虚拟存储器系统、存储器管理和快速地址转换技术，并将磁盘和光盘作为存储器体系结构的一部分进行了讨论。
第6章介绍了计算机中的算术单元，对二进制补码数定点加、减、乘、除硬件的逻辑设计操作作了描述。这一章还解释了超前进位加法器和快速乘法器，并描述了Booth乘法器重编码和进位保留加法技术。另外本章还介绍了IEEE标准中浮点数的表示与操作。
第7章在寄存器传送层次上介绍了处理器取指与执行的实现，接下来讨论了使用硬布线和微程序控制方式实现的处理器。
第8章详细介绍了流水线和多功能单元在高性能处理器设计中的使用。这一章还探讨了编译器的作用以及流水线执行与指令集设计之间的关系。本章还对超标量处理器进行了讨论，并以Sun公司的UltraSRARCⅡ处理器为例阐述了相关概念。
今天越来越多的处理器被用于嵌入式系统而不是通用计算机中。大量低成本的应用都需要将处理I／O和定时功能集成在单个芯片上，这一日趋重要的问题将在第9章介绍。在第9章中还将讨论系统集成、互连及实时软件设计问题。
第10章讲述外围设备和计算机互连的有关知识，介绍了典型的输入／输出设备及支持计算机图形应用所需要的硬件设备，还讨论了DSL等一般通信链路。
第11章介绍了ARM、Motorola和Intel处理器系列的演变过程。这一章强调的是可获得更高性能要求的设计改变，还讨论了PowerPC、SPARC、Alpha和Intel IA-64系列。
第12章将计算机组成的讨论扩展到多处理器、并行操作的大型系统层面上。这一章描述了多处理器的互连网络，还对高速缓存的一致性控制、共享存储器与消息传递策略作了介绍。
许多学习计算机组成的学生都已经学习了数字逻辑电路这一门引导课程。因此，本书的主体内容没有包含这一部分的知识。但是我们为有需要的读者提供了逻辑电路方面的详尽附录。
本书融入了作者在为电子及计算机工程、计算机科学与工程专业的本科生讲授计算机组成原理时所积累的丰富经验。在这个领域我们总是采用从实际出发的观点进行教学，因此形成了本书在内容上的一个关键考虑，即使用从商用计算机中提取的例子来说明计算机的组成原理。本书中的主要例子来源于以下处理器：ARM、Motorola 680X0、IntelPentium及Sun UltxaSPARC。
读者必须清楚地认识到，数字系统的设计并不是应用最佳设计算法的简单过程。许多设计决策取决于大量试探性的判断和经验。这包括在一系列选择方案中进行成本／性能、硬件傲件的权衡。我们的目标就是把这些思想传达给读者。
我们努力提供足够多的细节，鼓励学生在处理那些看上去很明显的问题时进行深层次的挖掘，我们相信最佳的途径是使用那些已被充分验证过的真实例子。框图是描述计算机组成特征的有效方法，但是它们容易使问题过于简单化。因此，必须使用各种实现方案的细节作为补充。
本书可以作为工程学或计算机科学专业一个学期的课程用书。它对于软件和硬件方向的学生均适用。尽管本书侧重于硬件，我们仍阐述了大量软件方面的问题，包括与指令执行性能、系统级并行操作协调以及实时应用程序相关的编译器与操作系统的基本知识。计算机专业人员有必要了解软件与硬件之间的交互与权衡问题。
本书的内容
下面我们按章节顺序来介绍一下本书的内容。前8章涵盖了计算机组成、操作及性能的基本概念，后4章讨论了嵌入式系统、外围设备、处理器系列的演变模型以及大型计算机系统。
第1章对计算机硬件和软件给出了总体的描述，并对在后续章节中将会深入研究的术语进行了概括性介绍。该章介绍了基本功能部件以及将它们相互连接组成一个完整计算机系统的方法，还介绍了系统软件的作用，并讨论了性能评估的基本内容。还介绍了计算机的发展简史。
第2章系统地介绍了机器指令、寻址技术和指令序列。为了便于讨论有效地址的生成，我们引入了二进制补码运算。用于讨论循环、子程序、简单的输入输出编程、排序和链表操作的程序示例均在机器指令级别上使用通用的汇编语言表示。
第3章以三种商用处理器——ARM、68000和Pentium为例说明了第2章中概念的具体实现。其中ARM处理器诠释了RISC设计风格，68000使用了易于接受的CISC设计，而Pentium处理器综合了RISC和CISC的设计风格并成为最成功的商业设计。这些内容构成三个独立而完整的部分。每个部分都包含第2章中提出的所有例子，它们使用指定的处理器进行了实现。学习其中任何一部分都能够满足继续学习本书后面章节的需要。如果实验室使用了书中介绍的其中一种处理器，那么第3章中的相关部分就可以与第2章同时讲授。
输入输出结构将在第4章中介绍。这一章讲述了I／O数据传输同步的基本知识以及一系列渐趋复杂的I／O结构。我们对中断和直接存储器访问方法进行了详细的描述，包括对操作系统中软件中断作用的具体讨论。还以PCI、SCSI以及USB标准为代表介绍了总线协议与标准。
第5章讨论了半导体存储器，包括SDRAM、Rambus和闪存(flash memory)的实现。作为增加主存储器带宽的方法，本章还介绍了高速缓存(cache)和多模块存储器系统。其中对高速缓存进行了详细讨论，包括性能建模。还介绍了虚拟存储器系统、存储器管理和快速地址转换技术，并将磁盘和光盘作为存储器体系结构的一部分进行了讨论。
第6章介绍了计算机中的算术单元，对二进制补码数定点加、减、乘、除硬件的逻辑设计操作作了描述。这一章还解释了超前进位加法器和快速乘法器，并描述了Booth乘法器重编码和进位保留加法技术。另外本章还介绍了IEEE标准中浮点数的表示与操作。
第7章在寄存器传送层次上介绍了处理器取指与执行的实现，接下来讨论了使用硬布线和微程序控制方式实现的处理器。
第8章详细介绍了流水线和多功能单元在高性能处理器设计中的使用。这一章还探讨了编译器的作用以及流水线执行与指令集设计之间的关系。本章还对超标量处理器进行了讨论，并以Sun公司的UltraSRARCⅡ处理器为例阐述了相关概念。
今天越来越多的处理器被用于嵌入式系统而不是通用计算机中。大量低成本的应用都需要将处理I／O和定时功能集成在单个芯片上，这一日趋重要的问题将在第9章介绍。在第9章中还将讨论系统集成、互连及实时软件设计问题。
第10章讲述外围设备和计算机互连的有关知识，介绍了典型的输入／输出设备及支持计算机图形应用所需要的硬件设备，还讨论了DSL等一般通信链路。
第11章介绍了ARM、Motorola和Intel处理器系列的演变过程。这一章强调的是可获得更高性能要求的设计改变，还讨论了PowerPC、SPARC、Alpha和Intel IA-64系列。
第12章将计算机组成的讨论扩展到多处理器、并行操作的大型系统层面上。这一章描述了多处理器的互连网络，还对高速缓存的一致性控制、共享存储器与消息传递策略作了介绍。
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