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谷赫 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302296751

商品编码：1049517089

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-01-01

页数：279

字数：451000

正文语种：中文

书名：计算机组成原理
出版社：清华大学出版社
作者：谷赫  
ISBN：9787302296751
定价： 29.50 元
本店价：￥21.2元 出版日期：2013-01-01  
字数：451000
开本：16开  
页数：279
装帧：平装
版次：1

内容简介

《21世纪高等学校规划教材·计算机科学与技术：计算机组成原理》系统地介绍了计算机各组成部件的工作原理、逻辑实现、设计方法，以及相互连接构成整机系统的相关问题。全书共分为8章：计算机系统概论，运算方法和运算器，内部存储器，指令系统，中央处理器，总线系统，外围设备，输入输出系统。 《21世纪高等学校规划教材·计算机科学与技术：计算机组成原理》概念清晰、深入浅出、通俗易懂，同时又具有一定的理论高度，贴近当前的新技术和新思想，内容安排符合教学规律，具有广泛的适应层面。书中例题由浅入深，具有实用性、典型性，并力求与当代计算机技术紧密结合。 《21世纪高等学校规划教材·计算机科学与技术：计算机组成原理》可作为工科院校专科生、本科生计算机专业教材，也可作为其他科技人员的参考书。

图书目录

第1章 计算机系统概论 1.1 计算机的分类 1.2 计算机的发展 1.3 计算机的组成 1.3.1 冯·诺依曼计算机的特点 1.3.2 计算机的硬件系统 1.3.3 计算机的软件系统 1.3.4 非冯·诺依曼计算机 1.3.5 计算机的性能指标 1.4 计算机系统的层次结构 1.4.1 多级组成的计算机系统 1.4.2 软件与硬件的逻辑等价性 本章小结 习题 第2章 运算方法和运算器 2.1 数据与文字的表示方式 2.1.1 无符号数和有符号数 2.1.2 数据格式 2.1.3 数的机器码表示 2.1.4 十进制数串的表示方法 2.1.5 字符与字符串的表示方法 2.1.6 汉字的表示方法 2.1.7 校验码 2.2 定点运算 2.2.1 定点加减运算 2.2.2 定点乘法运算 2.2.3 定点除法运算 2.3 浮点数运算 2.3.1 浮点加、减法运算 2.3.2 浮点乘、除法运算 2.4 运算器 2.4.1 基本的二进制加减法器 2.4.2 多功能算术逻辑运算单元 本章小结 习题 第3章 内部存储器 3.1 存储器概述 3.1.1 存储器的分类 3.1.2 存储器的分级 3.1.3 存储单元地址的分配 3.1.4 主存储器的技术指标 3.2 随机存取存储器 3.2.1 静态RAM 3.2.2 动态RAM 3.3 只读存储器 3.4 存储器与CPU的连接 3.5 并行存储器 3.5.1 双端口存储器 3.5.2 多模块交叉存储器 3.6 高速缓冲存储器Cache 3.6.1 Cache基本原理 3.6.2 主存与Cache的地址映射 3.6.3 替换策略 3.6.4 Cache的写操作策略 3.6.5 Pentium 4的Cache组织 本章小结 习题 第4章 指令系统 4.1 指令系统的发展与性能要求 4.1.1 指令系统的发展 4.1.2 对指令系统性能的要求 4.1.3 低级语言与硬件结构的关系 4.2 指令格式 4.2.1 操作码 4.2.2 地址码 4.2.3 指令字长度 4.2.4 指令助记符 4.2.5 操作数类型 …… 第5章 中央处理器 第6章 总线系统 第7章 外围设备 第8章 输入输出系统 参考文献

其他信息

作者介绍

序言

《21世纪高等学校规划教材·计算机科学与技术：计算机组成原理》特色：强调基本概念和基础知识；注重理论与实践的结合；教学实例由浅入深，洋略得当；完全体现研究生入学考试综合考试大纲的要求。

《数字世界的基石：深入探索计算机硬件的奥秘》 在这信息爆炸的时代，计算机已渗透到我们生活的方方面面，成为不可或缺的工具。然而，有多少人真正了解这台神奇机器的内在构造？我们每天点击鼠标、输入文字、观看视频，这一切背后究竟是如何运作的？《数字世界的基石：深入探索计算机硬件的奥秘》将带领读者跨越枯燥的理论，踏上一场激动人心的探索之旅，揭示计算机硬件的精妙设计与运作原理，让你从使用者蜕变为洞察者，深刻理解数字世界赖以生存的基石。 本书并非一本简单的“是什么”的科普读物，而是一部“为什么”和“如何”的深度剖析。它将以严谨的逻辑、清晰的结构和生动的语言，层层剥茧，将复杂的计算机硬件概念化繁为简。我们将从最基础的逻辑门开始，追溯到现代处理器中的微架构，一步步构建起对计算机工作原理的完整认知。 第一部分：数字逻辑的语言——逻辑门与组合电路 任何计算机的运行，归根结底都是由0和1这两种最简单的信号组成的。而这些信号的组合与运算，则依赖于微小的逻辑门。本书的第一部分将从二极管和三极管这些构成逻辑门的最基本元器件讲起。我们将详细解析AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等基本逻辑门的功能，并通过图示和实例，展示它们是如何实现逻辑运算的。 在此基础上，我们将深入学习如何利用这些逻辑门搭建出更复杂的组合电路。例如，半加器和全加器将是我们理解二进制加法运算的关键；多路选择器和译码器则展示了数据通路选择与控制的艺术；而最重要的，我们将探讨如何构建存储单元，如SR锁存器和D触发器，它们是构成内存和寄存器的基石。通过这一部分的学习，读者将掌握数字电路设计的基本原理，理解计算机如何处理和存储信息。 第二部分：时序逻辑的脉搏——时钟、状态与同步 如果说组合电路是计算机的“思考”能力，那么时序逻辑则赋予了它“记忆”和“秩序”。时序逻辑电路在组合电路的基础上引入了“状态”的概念，并由时钟信号来驱动其状态的转移。本书的第二部分将聚焦于时序逻辑的核心——时钟。我们将探讨时钟的作用，以及不同类型的时钟信号（如上升沿触发、下降沿触发）如何精确地控制着计算机中的数据流。 我们将深入学习各种时序逻辑电路，如移位寄存器，它们是实现数据串行传输的基础；计数器，用于实现频率分频和事件计数；以及有限状态机（FSM），这是设计复杂控制逻辑的核心模型。通过理解状态转移图和状态转移表，读者将能清晰地描绘出计算机执行指令过程中状态的变化，并理解同步和异步电路的区别与联系。掌握时序逻辑，意味着掌握了计算机“记忆”与“行为”的规律。 第三部分：处理器的心脏——指令集、CPU架构与流水线 当逻辑门和触发器构建的电路足够复杂，就形成了我们常说的中央处理器（CPU）。本书的第三部分将带您走进CPU的内部世界。我们将从指令集架构（ISA）开始，理解CPU能够识别和执行的机器语言是什么样的。我们将探讨RISC（精简指令集计算机）和Cisco（复杂指令集计算机）的不同设计哲学，以及它们对处理器性能和功耗的影响。 随后，我们将深入解析CPU的各个核心组成部分：程序计数器（PC）用于指示下一条指令的地址；指令寄存器（IR）用于存放当前指令；指令译码器（ID）用于解析指令的操作码和操作数；执行单元（EX）则负责执行指令中的算术、逻辑运算；以及数据缓冲器和写回逻辑。 最令人兴奋的部分将是深入讲解流水线技术。我们将解析指令流水线的五个基本阶段：取指、译码、执行、访存、写回。通过理解流水线如何将一条指令的执行过程分解为多个阶段，并在不同指令之间并行执行，从而显著提升CPU的吞吐量。我们还将探讨流水线中可能出现的各种冲突（数据冲突、控制冲突、结构冲突）以及解决这些冲突的策略，如转发（Forwarding）和分支预测（Branch Prediction）。 第四部分：信息的高速公路——存储器系统与I/O接口 CPU需要快速地获取数据和指令，也需要将运算结果存储起来。存储器系统是CPU工作的关键支撑。本书的第四部分将详细介绍各种类型的存储器。我们将从最基础的半导体存储器开始，如SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器），理解它们的工作原理、读写时序以及在CPU内部和外部存储器中的不同作用。 我们将深入探究多级存储体系结构，包括CPU内部的高速缓存（Cache）——L1、L2、L3 Cache，以及它们的工作原理，如块（Block）、行（Line）、映射方式（直接映射、全关联、组相联）和替换策略（LRU、FIFO）。理解Cache的工作机制，是理解现代计算机高性能的关键。 同时，我们也将触及主存（内存）的工作原理，包括内存控制器、内存带宽、内存延迟等概念。此外，我们还将介绍非易失性存储器，如ROM、PROM、EPROM、EEPROM以及现代的Flash存储器，它们在BIOS、固态硬盘（SSD）等应用中的重要性。 除了存储器，输入/输出（I/O）接口也是计算机与外界交互的桥梁。我们将介绍各种I/O设备（如键盘、鼠标、显示器、硬盘、网络接口卡）是如何通过I/O端口、总线和I/O控制器与CPU进行通信的。我们将探讨不同的I/O方式，如程序查询、中断和DMA（直接内存访问），理解它们各自的优缺点以及在不同场景下的应用。 第五部分：体系结构的演进与未来展望 在对计算机硬件的各个组成部分有了深入了解之后，本书的第五部分将着眼于计算机体系结构的宏观演进和未来发展趋势。我们将回顾从冯·诺依曼体系结构到哈佛体系结构的演变，理解它们的核心思想和对现代计算机设计的影响。 我们将探讨指令级并行（ILP）的发展，包括超标量（Superscalar）处理器、乱序执行（Out-of-Order Execution）等技术，以及它们如何突破指令流水线的瓶颈。我们还将审视多核处理器（Multi-core Processor）的兴起，理解为什么单个核心的性能提升面临物理极限，以及如何通过集成多个核心来提升整体计算能力。 最后，我们将展望计算机体系结构的未来。量子计算、神经网络处理器（NPU）、边缘计算、以及更高效的低功耗设计，都将是塑造未来计算格局的重要力量。本书将鼓励读者思考，在日益增长的数据需求和计算挑战面前，计算机硬件将如何继续创新与发展。 为什么选择《数字世界的基石》？ 深度与广度并存： 本书不仅涵盖了计算机组成原理的核心概念，还深入探讨了相关技术细节，同时兼顾了体系结构的宏观视角。 循序渐进的学习路径： 从最基础的逻辑门到复杂的CPU架构，本书的学习路径清晰，层层递进，确保读者能够逐步建立起完整的知识体系。 理论与实践的结合： 通过丰富的图示、实例和类比，将抽象的硬件概念具象化，帮助读者更好地理解和掌握。 面向未来的视野： 不仅关注当前的技术，更展望了未来的发展趋势，激发读者对计算机科学的探索热情。 无论您是计算机科学专业的学生，还是希望深入了解自己日常使用的电子设备背后的原理的技术爱好者，亦或是对数字世界充满好奇的探索者，《数字世界的基石：深入探索计算机硬件的奥秘》都将是您不可多得的学习伙伴。它将为您打开一扇通往数字世界深层结构的窗口，让您在欣赏科技之美的同时，也掌握理解和驾驭它的力量。

评分☆☆☆☆☆

对于很多初学者来说，计算机组成原理的学习往往是一场“硬仗”，但《计算机组成原理 谷赫》这本书无疑为我提供了一张清晰的“作战地图”。作者在书中对于计算机硬件和软件之间的接口——指令集，有着非常详尽的论述。这不仅仅是简单地罗列指令，而是从指令的设计理念、编码方式、寻址方式等多个维度进行了深入的剖析。我尤其赞赏书中对不同指令集指令的分析，比如在讲解RISC-V时，它并没有仅仅介绍其指令，而是详细解释了其设计哲学，例如“指令集是硬件和软件之间的契约”这一观点，让我对CPU的设计有了更宏观的认识。在讲解CPU的流水线技术时，书中的流程图和文字说明相互印证，清晰地展示了指令执行的并行化过程，并分析了各种流水线冒险（如数据冒险、控制冒险）的产生原因及解决方法。这种深入的细节分析，对于理解现代高性能处理器的运行机制至关重要，也让我不再对那些复杂的CPU内部结构感到畏惧。

评分☆☆☆☆☆

在研读《计算机组成原理 谷赫》的过程中，我尤其被其对数据通路和控制单元的讲解所吸引。书中非常细致地描绘了CPU内部数据传输的路径，从指令的读取、解码，到执行单元的操作，再到结果的写回，每一个环节都通过清晰的图示和逻辑关系进行了展示。我尝试着将书中的数据通路图与一个简单的指令执行过程进行比对，发现书中的描述完全能够自洽。更重要的是，作者并没有止步于静态的数据通路分析，而是深入浅出地讲解了控制单元是如何生成时序信号，从而协调整个数据通路工作的。例如，在讲解微程序控制器和硬布线控制器时，作者通过对比分析，让我深刻理解了它们各自的优缺点以及适用场景。这种从宏观架构到微观细节的层层剖析，让我对CPU的工作原理有了前所未有的清晰认识，也让我对那些在技术文档中出现的各种寄存器、ALU、多路选择器等组件有了更深的理解。

评分☆☆☆☆☆

《计算机组成原理 谷赫》这本书，从封面到内页，都散发着一种严谨而又富有深度的学术气息。作为一名对计算机底层原理一直充满好奇的读者，我一直想找到一本能够系统性梳理这个复杂领域的书籍，而谷赫老师的这部作品，恰好满足了我的期待。首先，这本书的结构安排非常合理，从最基础的数字逻辑电路开始，逐步深入到CPU的微观结构、指令系统、存储器层次结构、I/O系统等等。每一个章节的过渡都显得自然而流畅，不会让人觉得突然跳跃或者信息碎片化。我特别喜欢它在讲解每一个概念时，都会引用大量的图表和实例，这极大地降低了理解的难度。例如，在解释流水线技术的时候，书中的流程图就清晰地展示了指令在不同阶段的执行过程，配合文字说明，简直是豁然开朗。而且，作者在讲解一些核心概念时，并没有停留在概念的层面，而是深入剖析了其背后的设计思想和权衡取舍，这让我能够不仅仅是“知道”某个技术，更能“理解”它为什么是这样设计的，背后有哪些考量。这种深度讲解，对于真正想掌握计算机组成原理的读者来说，是非常宝贵的。

评分☆☆☆☆☆

本书最让我印象深刻的一点是，谷赫老师在讲解过程中，始终贯穿着一种“知其然，更知其所以然”的教学理念。他不仅仅是在介绍各种计算机组成原理中的概念，更是在引导读者去思考这些概念是如何被设计出来的，以及在实际应用中会遇到哪些挑战。例如，在关于存储器层次结构的部分，书中详细介绍了高速缓存（Cache）的工作原理，包括块替换算法（如LRU）、写策略（如写回、写通）等。我尝试着将这些概念与实际的编程经验联系起来，发现很多性能优化技巧都与缓存的原理息息相关。比如，了解缓存的块大小和访问模式，可以帮助我们编写更具“缓存友好性”的代码，从而提升程序的运行效率。书中对I/O系统的讲解也同样精彩，从中断机制到DMA传输，再到各种接口标准，都进行了详尽的介绍，让我对计算机如何与外部世界进行交互有了更全面的认识。这本书的学习过程，更像是一次对计算机“生命体征”的深入探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的最大惊喜在于其内容的全面性和讲解的细腻度。谷赫老师的文字风格朴实却不失专业，他能够用非常清晰易懂的语言去阐述那些看似枯燥晦涩的技术细节。我印象最深的是关于指令集架构（ISA）的部分，书中不仅介绍了x86和ARM等主流ISA的特点，还深入分析了RISC和CISC的设计哲学及其演变。这种对比分析，让我对指令集的设计有了更深刻的认识，也明白了为什么不同的处理器会有不同的设计选择。此外，存储器管理部分的内容也非常扎实，无论是虚拟内存的实现原理，还是各种缓存策略（如TLB、写回、写通）的优劣分析，都讲解得鞭辟入里。书中的图示和伪代码示例，更是起到了画龙点睛的作用，将抽象的概念具象化，使得学习过程不再是枯燥的记忆，而是一种逻辑的探索。我常常在阅读过程中，会停下来思考作者提出的问题，并尝试自己去推导，这种互动式的学习体验，极大地提升了我对知识的掌握程度。