计算机系统：核心概念及软硬件实现（原书第5版）
本书全面而系统地介绍了计算机组成、汇编语言和计算机体系结构的核心概念。
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内容简介
书籍 计算机书籍
本书从逻辑门、微编码、指令集体系结构、操作系统、汇编、高阶语言和应用等层级，系统而全面地介绍了计算机系统、C++、信息表示、计算机体系结构、汇编语言、汇编级编译、语言翻译原理、进程管理、存储管理、组合电路、顺序电路、计算机组成。书后配有练习答案。本书全面而系统地介绍了计算机组成、汇编语言和计算机体系结构的核心概念。通过自顶向下的方法，引导读者探索不同规模的计算机系统以及抽象级。通过检查不同的抽象级如何彼此相关，来帮助读者了解计算机系统及其组件。
作译者
[美] J. 斯坦利·沃法德（J. Stanley Warford）著：作者简介：
J. 斯坦利•沃法德（J. Stanley Warford） 现为美国佩珀代因大学（Pepperdine University）大学计算机科学系教授。Warford教授在进入学术界前是航空工程师，他任教30余年，曾担任佩珀代因大学计算机科学系主任。他从伦斯勒理工学院获得硕士学位，从加州大学洛杉矶分校获得博士学位。Warford教授获得Luckman杰出教学奖，是Pepperdine大学科学学部的Frank R. Seaver教授。
译者简介：
龚奕利 本科毕业于武汉大学，在中国科学院计算技术研究所获得博士学位，曾在美国印第安纳大学从事博士后工作和美国密歇根大学从事访问学者工作，现为武汉大学计算机学院副教授。主要研究方向为高性能计算和分布式系统，包括云计算和广域文件系统。翻译过《深入理解计算机系统》（第一、二版）等计算机专业书籍。
目录
出版者的话
译者序
前言
第一部分 应用层（第7层）
第1章 计算机系统 2
1.1 抽象层次 2
1.1.1 艺术中的抽象 3
1.1.2 文档中的抽象 4
1.1.3 机构中的抽象 5
1.1.4 机器中的抽象 6
1.1.5 计算机系统中的抽象 6
1.2 硬件 7
1.2.1 中央处理单元 8
1.2.2 主存储器 9
1.2.3 磁盘 10
1.3 软件 11
1.3.1 操作系统 12
1.3.2 软件分析与设计 13
1.4 数字信息 14
1.4.1 空间量化 14
1.4.2 时间量化 16
1.4.3 快速响应码 18
1.4.4 图像 21
1.5 数据库系统 27
1.5.1 关系 27
1.5.2 查询 28
1.5.3 语言结构 30
本章小结 31
练习 32
第二部分 高级语言层（第6层）
第2章 C 36
2.1 变量 36
2.1.1 C编译器 36
2.1.2 机器无关性 37
2.1.3 C的内存模型 37
2.1.4 全局变量和赋值语句 38
2.1.5 局部变量 40
2.2 控制流 42
2.2.1 if/else语句 42
2.2.2 switch语句 43
2.2.3 while循环 44
2.2.4 do循环 44
2.2.5 数组和for循环 45
2.3 函数 46
2.3.1 空函数和传值调用的参数 46
2.3.2 函数的例子 48
2.3.3 传引用调用的参数 48
2.4 递归 51
2.4.1 阶乘函数 52
2.4.2 递归的思考方式 55
2.4.3 递归加法 55
2.4.4 二项式系数函数 57
2.4.5 逆转数组元素顺序 61
2.4.6 汉诺塔 61
2.4.7 相互递归 63
2.4.8 递归的成本 64
2.5 动态内存分配 65
2.5.1 指针 65
2.5.2 结构 67
2.5.3 链式数据结构 68
本章小结 69
练习 70
编程题 71
第三部分 指令集架构层（第3层）
第3章 信息的表示 76
3.1 无符号二进制表示 76
3.1.1 二进制存储 76
3.1.2 整数 77
3.1.3 基数转换 78
3.1.4 无符号整数的范围 80
3.1.5 无符号加法 80
3.1.6 进位位 81
3.2 二进制补码表示 81
3.2.1 补码的表数范围 83
3.2.2 基数转换 84
3.2.3 数轴 85
3.2.4 溢出位 86
3.2.5 负数和零位 87
3.3 二进制运算 88
3.3.1 逻辑运算符 88
3.3.2 寄存器传送语言 89
3.3.3 算术运算符 90
3.3.4 循环移位运算符 91
3.4 十六进制与字符表示 92
3.4.1 十六进制 92
3.4.2 基数转换 92
3.4.3 ASCII字符 94
3.4.4 Unicode字符 97
3.5 浮点数表示 100
3.5.1 二进制小数 100
3.5.2 余码表示 102
3.5.3 隐藏位 103
3.5.4 特殊值 104
3.5.5 IEEE 754浮点数标准 108
3.6 模型 109
本章小结 111
练习 111
编程题 117
第4章 计算机体系结构 120
4.1 硬件 120
4.1.1 中央处理单元 120
4.1.2 主存储器 121
4.1.3 输入/输出设备 122
4.1.4 数据和控制 123
4.1.5 指令格式 123
4.2 直接寻址 126
4.2.1 停止指令 126
4.2.2 字装入指令 126
4.2.3 字存储指令 127
4.2.4 加法指令 128
4.2.5 减法指令 128
4.2.6 与和或指令 129
4.2.7 按位取反和取负指令 130
4.2.8 字节装入和字节存储指令 131
4.2.9 输入和输出设备 132
4.2.10 大端顺序和小端顺序 133
4.3 冯·诺依曼机器 134
4.3.1 冯·诺依曼执行周期 134
4.3.2 一个字符输出程序 135
4.3.3 冯·诺依曼漏洞 138
4.3.4 一个字符输入程序 139
4.3.5 十进制转换为ASCII 139
4.3.6 一个自我修改程序 140
4.4 ISA3层的编程 142
4.4.1 只读存储器 143
4.4.2 Pep/9操作系统 144
4.4.3 使用Pep/9系统 145
本章小结 146
练习 146
编程题 148
第四部分 汇编层（第5层）
第5章 汇编语言 150
5.1 汇编程序 150
5.1.1 指令助记符 150
5.1.2 伪操作 152
5.1.3 .ASCII和.END伪操作 153
5.1.4 汇编器 154
5.1.5 .BLOCK伪操作 155
5.1.6 .WORD和.BYTE伪操作 155
5.1.7 使用Pep/9汇编器 156
5.1.8 交叉汇编器 157
5.2 立即数寻址和陷阱指令 158
5.2.1 立即数寻址 158
5.2.2 DECI、DECO和BR指令 159
5.2.3 STRO指令 161
5.2.4 解释位模式：HEXO指令 162
5.2.5 反汇编器 163
5.3 符号 165
5.3.1 带符号的程序 165
5.3.2 一个冯·诺依曼示例 166
5.4 从HOL6层翻译 168
5.4.1 Printf()函数 169
5.4.2 变量和类型 170
5.4.3 全局变量和赋值语句 171
5.4.4 类型兼容 174
5.4.5 Pep/9符号跟踪器 175
5.4.6 算术移位和循环移位指令 175
5.4.7 常量和.EQUATE 176
5.4.8 指令与数据的放置 178
本章小结 179
练习 180
编程题 182
第6章 编译到汇编层 185
6.1 栈寻址和局部变量 185
6.1.1 栈相对寻址 185
6.1.2 访问运行时栈 186
6.1.3 局部变量 188
6.2 分支指令和控制流 190
6.2.1 翻译if语句 191
6.2.2 优化编译器 192
6.2.3 翻译if/else语句 192
6.2.4 翻译while循环 194
6.2.5 翻译do循环 195
6.2.6 翻译for循环 197
6.2.7 面条代码 198
6.2.8 早期语言的控制流 199
6.2.9 结构化编程定律 200
6.2.10 goto争论 200
6.3 函数调用和参数 201
6.3.1 翻译函数调用 201
6.3.2 用全局变量翻译传值调用参数 204
6.3.3 用局部变量翻译传值调用参数 207
6.3.4 翻译非空函数调用 209
6.3.5 用全局变量翻译传引用调用参数 211
6.3.6 用局部变量翻译传引用调用参数 215
6.3.7 翻译布尔类型 218
6.4 变址寻址和数组 220
6.4.1 翻译全局数组 221
6.4.2 翻译局部数组 224
6.4.3 翻译作为参数传递的数组 226
6.4.4 翻译switch语句 230
6.5 动态内存分配 235
6.5.1 翻译全局指针 235
6.5.2 翻译局部指针 240
6.5.3 翻译结构 243
6.5.4 翻译链式数据结构 246
本章小结 250
练习 251
编程题 251
第7章 语言翻译原理 259
7.1 语言、语法和语法分析 259
7.1.1 连接 260
7.1.2 语言 260
7.1.3 语法 261
7.1.4 C标识符的语法 262
7.1.5 有符号整数的语法 263
7.1.6 上下文相关的语法 264
7.1.7 语法分析问题 264
7.1.8 表达式的语法 265
7.1.9 C语法的一部分 266
7.1.10 C的上下文相关性 269
7.2 有限状态机 270
7.2.1 用有限状态机分析标识符 270
7.2.2 简化的有限状态机 271
7.2.3 非确定性有限状态机 271
7.2.4 具有空转换的状态机 272
7.2.5 多语言符号识别器 274
7.2.6 语法与有限状态机 276
7.3 实现有限状态机 277
7.3.1 编译过程 278
7.3.2 查找表分析器 278
7.3.3 直接编码分析器 280
7.3.4 输入缓冲区类 282
7.3.5 多语言符号分析器 283
7.4 代码生成 288
7.4.1 语言翻译器 288
7.4.2 语法分析器特性 302
本章小结 303
练习 303
编程题 306
第五部分 操作系统（第4层）
第8章 进程管理 312
8.1 装载器 312
8.1.1 Pep/9操作系统 312
8.1.2 Pep/9装载器 314
8.1.3 程序的终止 315
8.2 陷阱 315
8.2.1 陷阱机制 316
8.2.2 RETTR指令 317
8.2.3 陷阱处理程序 317
8.2.4 陷阱寻址方式断言 319
8.2.5 陷阱操作数地址计算 320
8.2.6 空操作陷阱处理程序 323
8.2.7 DECI陷阱处理程序 324
8.2.8 DECO陷阱处理程序 329
8.2.9 HEXO和STRO陷阱处理程序和操作系统向量 332
8.3 并发进程 334
8.3.1 异步中断 334
8.3.2 操作系统中的进程 335
8.3.3 多处理 336
8.3.4 并发处理程序 337
8.3.5 临界区 338
8.3.6 第一次尝试实现互斥 339
8.3.7 第二次尝试实现互斥 339
8.3.8 Peterson互斥算法 340
8.3.9 信号量 342
8.3.10 带信号量的临界区 343
8.4 死锁 343
8.4.1 资源分配图 344
8.4.2 死锁策略 345
本章小结 346
练习 346
编程题 351
第9章 存储管理 353
9.1 内存分配 353
9.1.1 单道程序设计 353
9.1.2 固定分区多道程序设计 354
9.1.3 逻辑地址 355
9.1.4 可变分区多道程序设计 356
9.1.5 分页 359
9.2 虚拟内存 361
9.2.1 大程序的行为 361
9.2.2 虚拟内存 361
9.2.3 按需分页 362
9.2.4 替换页 363
9.2.5 页替换算法 363
9.3 文件管理 365
9.3.1 磁盘驱动器 365
9.3.2 文件抽象 366
9.3.3 分配技术 367
9.4 错误检测与纠错码 369
9.4.1 错误检测码 369
9.4.2 编码要求 370
9.4.3 纠正一位错误编码 372
9.5 RAID存储系统 373
9.5.1 RAID 0级：无冗余条带化 374
9.5.2 RAID 1级：镜像 374
9.5.3 RAID 01和10级：条带化和镜像 375
9.5.4 RAID 2级：内存风格的ECC 376
9.5.5 RAID 3级：位交叉奇偶校验 377
9.5.6 RAID 4级：块交叉奇偶校验 377
9.5.7 RAID 5级：块交叉分布奇偶校验 378
本章小结 379
练习 379
第六部分 逻辑门（第1层）
第10章 组合电路 384
10.1 布尔代数和逻辑门 384
10.1.1 组合电路 385
10.1.2 真值表 385
10.1.3 布尔代数 386
10.1.4 布尔代数定理 387
10.1.5 互补证明 388
10.1.6 逻辑图 389
10.1.7 其他表示方式 391
10.2 组合分析 392
10.2.1 布尔表达式和逻辑图 392
10.2.2 真值表和布尔表达式 393
10.2.3 两级电路 395
10.2.4 无处不在的NAND 397
10.3 组合设计 398
10.3.1 范式 398
10.3.2 三变量卡诺图 399
10.3.3 四变量卡诺图 403
10.3.4 对偶卡诺图 406
10.3.5 无关条件 406
10.4 组合设备 407
10.4.1 视角 407
10.4.2 复用器 408
10.4.3 二进制译码器 409
10.4.4 多路分配器 410
10.4.5 加法器 410
10.4.6 加法器/减法器 412
10.4.7 算术逻辑单元 413
10.4.8 LG1层的抽象 419
本章小结 420
练习 420
第11章 时序电路 426
11.1 锁存器与时钟触发器 426
11.1.1 SR锁存器 426
11.1.2 钟控SR触发器 428
11.1.3 主从SR触发器 429
11.1.4 基本触发器 433
11.1.5 JK触发器 434
11.1.6 D触发器 435
11.1.7 T触发器 436
11.1.8 激励表 437
11.2 时序分析与设计 437
11.2.1 时序分析问题 438
11.2.2 预设置与清除 441
11.2.3 时序设计 441
11.2.4 一个时序设计问题 441
11.3 计算机子系统 444
11.3.1 寄存器 444
11.3.2 总线 445
11.3.3 内存子系统 446
11.3.4 地址译码 449
11.3.5 双端口寄存器组 453
本章小结 455
练习 455
第七部分 微代码（第2层）
第12章 计算机组成 460
12.1 构建一个ISA3层机器 460
12.1.1 CPU数据区 460
12.1.2 冯·诺依曼周期 463
12.1.3 存储字节直接寻址指令 467
12.1.4 总线协议 468
12.1.5 存储字直接寻址指令 468
12.1.6 加法立即数寻址指令 469
12.1.7 装入字间接寻址指令 470
12.1.8 算术右移指令 473
12.1.9 CPU控制区 474
12.2 性能 476
12.2.1 数据总线宽度和内存对齐 476
12.2.2 内存对齐 480
12.2.3 n位计算机的定义 483
12.2.4 高速缓存 484
12.2.5 系统性能公式 490
12.2.6 RISC与CISC 491
12.3 MIPS机器 494
12.3.1 寄存器组 494
12.3.2 寻址方式 495
12.3.3 指令集 498
12.3.4 MIPS的计算机组成 501
12.3.5 流水线 505
12.4 结论 512
12.4.1 模型简化 512
12.4.2 全局架构 513
本章小结 514
练习 514
编程题 517
附录 Pep/9体系结构 519
部分练习参考答案 529
索引 543
媒体评论
本书采用七层结构讲解计算机系统的核心概念及软硬件实现方法，关注基础的计算概念而非追踪新的技术进展，并且特别强调通过实践培养学生解决问题的能力。全书以Pep/9虚拟机模型贯穿各章，清晰呈现了各个抽象层次之间的关系，并配有完整的程序示例和丰富的习题。图书配套网站（computersystemsbook.com）提供了丰富的教学资源。
重要更新
Pep/9取代了前两版所用的虚拟机Pep/8。除了更新指令集外，Pep/9还采用了内存映射I/O，改进了部分指令的助记符，并扩展了MIPS内容。
高级语言从C++变为C。C作为系统编程语言更为常见，而且也更加适合计算机系统文本，从而能够更加精确地描述内存模型。
新增Intel x86架构的实现示例。作为补充材料，这些示例取代了上一版中的人物传记，以帮助读者理解虚拟机概念与真实实现的对应关系。
大量新主题与扩展主题。如用Java而不是C++语言实现翻译器、使用Pep/9 CPU模拟器新的UnitPre和UnitPost特性等，丰富了全书内容。
作者简介
J. 斯坦利·沃法德（J. Stanley Warford） 现为美国佩珀代因大学计算机科学系教授，曾任计算机科学系主任，由于杰出的教学成果而获得了Howard A. White优秀教学奖并被评为Luckman杰出教师。他从伦斯勒理工学院获得硕士学位，从加州大学洛杉矶分校获得博士学位。在进入学术界之前，Warford教授曾是一名航空工程师。
