计算机组成与结构(第5版)(清华大学计算机系列教材) 王爱英 9787302290117 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王爱英 著

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店铺： 博远慧达图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302290117

商品编码：10984713066

包装：平装

出版时间：2013-01-01

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基本信息

书名:计算机组成与结构(第5版)(清华大学计算机系列教材)

定价：35.00元

作者:王爱英

出版社：清华大学出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787302290117

字数：

页码：

版次：5

装帧：平装

开本：大32开

商品重量：0.522kg

编辑推荐

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内容提要

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《计算机组成与结构（第5版）》共分12章。第1章～第10章主要论述计算机的基本组成原理和结构，内容包括数制和码制，基本逻辑部件，构成计算机系统的中央处理器(cpu)、存储器系统以及输入输出(i/o)系统等。第11章讨论了计算机系统和基于互联网的应用。第12章介绍了计算机硬件技术的发展及其实施基础。
《计算机组成与结构（第5版）》可作为理工科大学生学习“计算机组成与结构”课程或“计算机组成原理”课程的教材，也可供计算机研发和应用领域的工程技术人员参考。

目录

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第1章 计算机系统概论
1.1 计算机的诞生和发展
1.2 计算机的硬件
1.3 计算机的软件
1.4 计算机网络基础
习题
第2章 计算机的逻辑部件
2.1 计算机中常用的组合逻辑电路
2.1.1 三态电路
2.1.2 异或门及其应用
2.1.3 加法器
2.1.4 译码器
2.1.5 数据选择器
2.2 时序逻辑电路
2.2.1 触发器
2.2.2 寄存器和移位寄存器
2.2.3 计数器
2.3 阵列逻辑电路
2.3.1 只读存储器(rom)

.2.3.2 可编程序逻辑阵列(pla)
2.3.3 可编程序阵列逻辑(pal)
2.3.4 通用阵列逻辑(gal)
2.3.5 门阵列(ga)、宏单元阵列(mca)和标准单元阵列(sca)
2.3.6 现场可编程序门阵列(fpga)
习题
第3章 运算方法和运算部件
3.1 数据的表示方法和转换
3.1.1 数值型数据的表示和转换
3.1.2 十进制数的编码与运算
3.2 带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算
3.2.1 原码、补码、反码及其加减法运算
3.2.2 加减法运算的溢出处理
3.2.3 定点数和浮点数
3.3 二进制乘法运算
3.3.1 定点数一位乘法
3.3.2 定点数二位乘法
3.3.3 阵列乘法器
3.4 二进制除法运算
3.4.1 定点除法运算
3.4.2 提高除法运算速度的方法举例
3.5 浮点数的运算方法
3.5.1 浮点数的加减法运算
3.5.2 浮点数的乘除法运算
3.6 运算部件
3.7 数据校验码
3.7.1 奇偶校验码
3.7.2 海明校验码
3.7.3 循环冗余校验(crc)码
习题
第4章 主存储器
4.1 主存储器分类、技术指标和基本操作
4.2 读/写存储器
4.3 非易失性半导体存储器
4.4 存储器的组成与控制
4.5 多体交叉存储器
习题
第5章 指令系统
5.1 指令系统的发展
5.2 指令格式
5.2.1 指令格式
5.2.2 指令操作码的扩展技术
5.2.3 指令长度与数据字长的关系
5.3 寻址方式
5.4 指令类型
5.4.1 指令的分类及功能
5.4.2 双字长运算(子程序举例)
5.4.3 指令系统的兼容性
5.5 精简指令系统计算机(risc)和复杂指令系统计算机(cisc)
5.5.1 cisc的特点
5.5.2 risc的产生与发展
5.5.3 risc的特点
5.6 指令系统举例
5.6.1 sparc的指令系统
5.6.2 pentium微处理器指令系统
5.7 机器语言、汇编语言和高级语言
习题
第6章 中央处理器
6.1 控制器的组成
6.1.1 控制器的功能
6.1.2 控制器的组成
6.1.3 指令执行过程（运算器与控制器配合）
6.2 微程序控制计算机的基本工作原理
6.2.1 微程序控制的基本概念
6.2.2 实现微程序控制的基本原理
6.3 微程序设计技术
6.3.1 微指令控制字段的编译法
6.3.2 微程序流的控制
6.3.3 微指令格式
6.3.4 微程序控制存储器和动态微程序设计
6.3.5 微程序设计语言
6.4 硬布线控制的计算机
6.4.1 时序与节拍
6.4.2 操作控制信号的产生
6.4.3 硬布线控制器的组成
6.4.4 硬布线控制逻辑设计中的若干问题
6.4.5 控制器的控制方式
6.5 流水线工作原理
6.6 cpu举例
6.6.1 risc的cpu
6.6.2 pentium微处理器
6.7 计算机的供电
习题
第7章 存储系统
7.1 存储系统的层次结构
7.2 高速缓冲存储器(cache)
7.2.1 cache工作原理
7.2.2 cache组织
7.2.3 多层次cache
7.3 虚拟存储器
7.3.1 主存-辅存层次信息传送单位和存储管理
7.3.2 页式虚拟存储器
7.3.3 段页式虚拟存储器
7.3.4 虚拟存储器工作的全过程
7.3.5 存储管理部件(mmu)
7.4 相联存储器
7.5 存储保护
习题
第8章 辅助存储器
8.1 磁表面存储器的种类与技术指标
8.2 磁记录原理与记录方式
8.2.1 磁记录原理
8.2.2 磁记录介质与磁头
8.2.3 磁记录方式
8.3 磁盘存储器
8.3.1 磁盘存储器的种类及基本结构
8.3.2 硬磁盘驱动器(hdd)及硬磁盘控制器(hdc)
8.3.3 磁盘cache
8.3.4 磁盘阵列存储器
8.4 磁带存储器
8.4.1 磁带机的结构
8.4.2 循环冗余校验码(crc)
8.4.3 磁带机的进展情况
8.5 光盘存储器
8.5.1 光盘存储器种类
8.5.2 光盘存储器的组成和读写原理
8.6 固态盘
习题
第9章 输入输出(i/o)设备
9.1 外部设备概述
9.2 输入设备
9.2.1 键盘
9.2.2 光笔、图形板和画笔(或游动标)输入
9.2.3 鼠标、跟踪球和操作杆输入
9.2.4 触摸屏
9.2.5 图像输入设备(摄像机、摄像头和数码相机)
9.2.6 条形码
9.2.7 光学字符识别(ocr)技术和语音文字输入系统
9.3 输出设备——显示器
9.3.1 显示技术中的有关术语
9.3.2 显示设备种类
9.3.3 图形和图像显示
9.4 输出设备——打印机
9.4.1 点阵针式打印机
9.4.2 激光打印机
9.4.3 喷墨打印机
9.4.4 热转印打字机
9.4.5 打印机的发展趋势
9.5 汉字处理技术
9.5.1 汉字编码标准
9.5.2 汉字的输入方法
9.5.3 汉字的存储
9.5.4 汉字的输出
习题
第10章 输入输出(i/?o)系统
10.1 输入输出(i/o)系统概述
10.1.1 输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能
10.1.2 i/o设备数据传送控制方式
10.2 程序中断输入输出方式
10.2.1 中断的作用、产生和响应
10.2.2 中断处理
10.2.3 程序中断设备接口的组成和工作原理
10.3 dma输入输出方式
10.3.1 dma的3种工作方式
10.3.2 dma控制器组成
10.3.3 dma的数据传送过程
10.4 i/o通道控制方式
10.5 总线结构
10.5.1 总线类型
10.5.2 总线组成
10.5.3 微机总线
10.6 外设接口
10.6.1 ata (ide）和sata接口
10.6.2 scsi、sas和iscsi接口
10.6.3 光纤通道和infiniband
10.6.4 pcmcia
10.6.5 串行通信接口usb和ieee 1394
10.6.6 pentium处理器外围接口（芯片组）介绍
10.7 网络存储——san和nas
习题
第11章 计算机系统和基于互联网的应用
11.1 操作系统
11.1.1 管理计算机系统中的硬件资源
11.1.2 支持应用程序和人机对话
11.2 计算机网络
11.2.1 互联网(inter)层次结构
11.2.2 网络操作系统
11.2.3 实现计算机网络的硬件与技术
11.2.4 inter的应用
11.3 客户机/服务器结构和浏览器/服务器结构
11.4 物联网
11.5 数据中心
11.6 云计算
11.6.1 基本概念
11.6.2 云种类
11.6.3 云计算关键技术
习题
第12章 计算机系统硬件技术的发展及其实施基础
12.1 计算机系统的性能评测
12.2 微机和微处理器的普及和发展
12.2.1 微机和微处理器
12.2.2 嵌入式计算机和片上系统
12.2.3 智能卡和射频识别(rfid)标签
12.3 提高计算机系统性能的措施与实现
12.3.1 服务器的结构
12.3.2 超级标量处理机、超级流水线处理机和超长指令字处理机
12.3.3 向量处理机
12.3.4 多处理机系统
12.4 计算机硬件设计和实现导论
12.4.1 计算机硬件的总体设计
12.4.2 集成电路设计过程和vhdl
12.4.3 电子设计自动化(eda)
习题
习题答案
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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深入理解计算的基石：硬件、软件与交互的精妙融合 在信息爆炸的时代，计算机已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机到超级计算机，它们无处不在，默默支撑着现代社会的运转。然而，你是否曾好奇，这些看似神奇的机器背后，究竟隐藏着怎样的运作原理？是什么让冰冷的金属和电子元件能够理解并执行我们发出的指令？又是什么使得软件与硬件之间能够如此默契地协同工作？ 本书并非直接探讨某一本具体的计算机教材，而是旨在为你揭示计算机科学最核心的奥秘，带你踏上一段深入理解计算本质的探索之旅。我们将超越表面的用户界面，深入到计算机的内部，去探寻那些支撑起这一切的 fundamental principles。这是一次关于硬件、软件以及它们之间复杂交互的全面解析，旨在构建你对计算机系统结构深刻而扎实的理解。 硬件的语言：从基本逻辑到复杂系统 计算机的硬件是其得以运行的物理基础。我们将从最基本的构建模块——逻辑门出发，这些由晶体管构成的基本元件，是所有数字逻辑运算的基石。理解AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等逻辑门的工作原理，就像学习字母一样，是理解更复杂电路的基础。我们将看到，如何利用这些简单的逻辑门组合，构建出能够进行加法、减法等基本算术运算的算术逻辑单元（ALU），这是CPU的核心组成部分之一。 随后，我们将目光转向存储器。数据和指令如何被存储和检索？我们将深入了解不同类型的存储器，从速度极快的寄存器，到容量巨大但速度稍慢的主存储器（RAM），再到长期存储的二级存储器（硬盘、固态硬盘）。我们将探讨它们的工作原理、性能特点以及它们在整个计算机系统中的作用。你将了解到，数据在这些不同层次的存储器之间是如何流动，以及为什么存在这样的分层结构——为了在速度和成本之间取得平衡。 接下来，我们将聚焦于计算机的中央处理器（CPU），也就是计算机的“大脑”。我们将剖析CPU内部的构成，包括指令译码器、控制器、ALU以及寄存器文件。我们将详细解释指令周期——CPU如何获取、解码和执行一条指令的完整过程。你将了解到，CPU如何通过精密的时钟信号来协调其内部各个部件的工作，如何进行指令流水线（pipelining）以提高执行效率，以及现代CPU中引入的超标量（superscalar）和乱序执行（out-of-order execution）等高级技术，是如何进一步榨干硬件性能的。 我们还将探讨输入/输出（I/O）系统，它是计算机与外部世界交互的桥梁。从键盘、鼠标到显示器、打印机，以及网络接口卡，这些设备如何与CPU和主存储器进行通信？我们将了解总线的概念，它是连接CPU、内存和I/O设备的关键通道。你将学习到中断机制，它是CPU如何响应外部事件和I/O设备请求的重要方式。此外，我们还将触及DMA（直接内存访问），它允许I/O设备直接与主存储器进行数据传输，而无需CPU的干预，极大地提高了I/O的效率。 软件的灵魂：指令、数据与抽象 如果硬件是计算机的躯体，那么软件就是它的灵魂。我们将从最底层的机器语言开始，它是CPU唯一能够直接理解的二进制指令集。你将了解到，每一条机器指令都对应着一个特定的操作，如加载数据、进行计算或跳转到另一个指令。 然而，直接编写机器语言是极其困难且效率低下的。因此，我们引入了汇编语言，它使用助记符来代表机器指令，提供了一层初步的抽象。虽然汇编语言仍然与特定的硬件架构紧密相关，但它大大提高了编程的可读性和效率。我们将看到，汇编器如何将汇编代码翻译成机器码。 随着计算机功能的日益复杂，对更高层级的抽象的需求也日益迫切。这就引出了高级程序设计语言，如C、Java、Python等。这些语言使用更接近人类自然语言的语法和逻辑，使得程序员能够专注于解决问题本身，而无需过多关心底层的硬件细节。你将了解编译器和解释器的角色，它们分别是将高级语言代码翻译成机器码或逐条执行的工具。 我们还将深入探讨操作系统（OS），它是连接硬件和应用程序的桥梁。操作系统管理着计算机的硬件资源，如CPU时间、内存空间和I/O设备，并为应用程序提供了一个抽象的接口。你将理解操作系统的核心功能，包括进程管理（如何创建、调度和终止程序）、内存管理（如何分配和保护内存空间）以及文件系统（如何组织和存储数据）。你将了解到，正是操作系统，使得多任务并行、资源共享和用户友好的交互成为可能。 软硬结合：协同运作的艺术 计算机的强大之处在于硬件和软件的无缝协同。我们将深入探讨指令集架构（ISA），它是硬件和软件之间的契约。ISA定义了CPU能够执行的指令集、寄存器的类型和数量、内存寻址模式等。不同的ISA（如x86、ARM）决定了同一段软件在不同硬件上可能需要不同的编译或运行方式。 我们将解析CPU的流水线如何处理连续的指令，以及缓存（Cache）在CPU和主存储器之间扮演的关键角色。缓存是一种小容量、高速度的存储器，用于存放CPU最常访问的数据和指令，从而大大缩短了数据访问时间。你将理解缓存一致性问题，以及现代多核处理器如何解决这个问题。 此外，我们还将探讨内存层次结构的整体设计，从CPU寄存器、多级缓存、主存储器到二级存储，它们共同构成了一个高效的数据访问体系。你将理解虚拟内存的概念，它使得程序能够使用比物理内存更大的地址空间，并通过内存管理单元（MMU）的硬件支持，实现了内存的隔离和保护。 我们还将关注性能优化的策略。了解计算机的瓶颈在哪里，以及如何通过硬件升级、软件优化或算法改进来提升整体性能，是计算机科学中的一个重要课题。例如，理解CPU的时钟速度、核心数量、缓存大小以及内存带宽等因素，如何共同影响程序的执行速度。 结语：面向未来的计算理解 通过对计算机硬件、软件及其交互机制的深入剖析，本书旨在为你构建一个扎实的计算机科学基础。这种理解不仅仅是理论知识的积累，更是对现代信息社会运行逻辑的深刻洞察。无论你未来从事软件开发、硬件设计、系统管理，还是仅仅想更深入地理解你每天使用的技术，这种对计算基石的掌握都将为你提供无与伦比的优势。 这趟探索之旅，将帮助你理解为什么不同的计算机在性能上存在巨大差异，为什么一些程序运行起来比另一些快得多，以及未来计算技术的发展趋势可能会是什么样子。它将激发你对计算机系统设计中的权衡取舍的思考，培养你解决复杂技术问题的分析能力，并为你在不断发展的技术领域中取得成功奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的优点在于它能够以一种非常系统化的方式，将计算机硬件的复杂体系结构呈现给读者。我曾经在其他地方接触过一些关于计算机组成的知识，但往往是零散的，不成体系。这本书则像一本百科全书，从最基础的逻辑门电路开始，一路延伸到复杂的操作系统内核与硬件的交互。我印象深刻的是书中对数据表示和运算的讲解，它详细地解释了浮点数的表示方式、溢出的概念，以及各种算术逻辑运算单元（ALU）的设计。这些基础概念对于理解后续更复杂的硬件设计至关重要。另外，书中对计算机性能评测指标的介绍，也让我对如何量化一台计算机的性能有了更直观的认识。虽然我不是硬件设计领域的专业人士，但通过阅读这本书，我能够更加清晰地理解市面上各种计算机硬件的优势和劣势，也能更理性地选择适合自己需求的设备。这本书的语言风格严谨而清晰，逻辑性极强，即使是初学者也能够循序渐进地理解其中的内容。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在软件开发领域摸爬滚打多年的从业者，我一直对底层硬件的运行机制感到好奇，也明白深刻理解硬件对于优化软件性能至关重要。这本书正好满足了我的这一需求。它提供了一个非常宏观的视角，让我能够看到计算机系统的各个组件是如何作为一个整体运作的。我尤其欣赏书中对存储器层次结构优化的讲解，它不仅仅停留在理论层面，还深入探讨了 Cache 的工作原理、TLB 的作用以及虚拟内存的管理机制。这些内容对于理解程序性能瓶颈、编写更高效的代码有着直接的指导意义。书中对并行处理和多处理器的架构介绍，也让我对现代高性能计算有了更清晰的认识。指令级并行、线程级并行，这些概念不再是模糊的术语，而是有了具体的硬件实现。我还在书中找到了关于指令集架构（ISA）的介绍，这让我对不同处理器之间指令集差异及其对软件兼容性的影响有了更深入的理解。这本书的价值在于，它不仅教授“是什么”，更强调“为什么”，让我能够触类旁通，将学到的知识应用到更广泛的场景中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计虽然朴实，但深厚的底蕴却扑面而来，正如同它所承载的知识一样。初次翻阅，就被它清晰的逻辑脉络所吸引，作者并没有急于灌输复杂的理论，而是循序渐进地引导读者去理解计算机硬件的每一个组成部分是如何协同工作的。从最基础的二进制表示，到CPU内部的指令流水线，再到存储器层次结构的设计原理，书中都进行了细致入微的剖析。我尤其欣赏的是，作者在讲解过程中，大量引入了实际的硬件架构案例，例如某个经典处理器的设计思路，这使得抽象的概念变得触手可及，不再是枯燥的代码和电路图。这种“由浅入深、由表及里”的讲解方式，对于我这样希望从根本上理解计算机工作原理的读者来说，无疑是一场及时雨。书中那些精妙的比喻和类比，也极大地帮助我消化了那些初看之下令人望而生畏的技术细节。例如，将CPU的缓存比作图书馆的阅览室，将主存比作书架，这种生动的描述，让我在脑海中构建起一个立体的计算机系统模型。虽然我目前还没有完全精通书中的所有内容，但仅仅是初步的涉猎，就让我对计算机硬件的敬畏之情油然而生，也更加坚定了深入学习的决心。

评分☆☆☆☆☆

我之所以选择这本书，是因为它被誉为计算机系列教材的经典之作。阅读过程中，我发现它确实名副其实。书中对于硬件接口和外部设备连接的讲解，让我对计算机如何与外界进行信息交流有了全面的认识。从早期的串行接口到现在的并行总线，再到如今高速的USB和Thunderbolt，这本书都进行了详细的介绍，并且解释了它们背后的技术原理和设计思想。我尤其对书中关于存储器技术发展的历程的描述印象深刻，它不仅介绍了DRAM、SRAM等常见存储器的特点，还展望了未来新型存储器的发展趋势，这让我对计算机硬件的未来充满了期待。这本书也让我明白了，计算机的每一次技术革新，都不是凭空产生的，而是无数工程师智慧的结晶，是技术不断迭代和优化的结果。它不仅仅是一本技术教材，更是一部计算机发展史的缩影，让我能够从更宏观的角度去审视计算机科学的演进。虽然有些部分的内容对我来说还有些挑战，但总体而言，这本书为我打开了一扇通往计算机世界深处的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就像是在一个知识的迷宫里，而作者正是那个手持火把的向导，他耐心地为我照亮前行的道路，时不时地停下来，指引我观察那些隐藏在角落里的宝藏。书中对于数据通路和控制单元的设计原理的阐述，让我第一次真正理解了CPU是如何执行指令的。指令的译码、执行、写回，每一个环节都被拆解得如此清晰，配合着详细的状态机图和时序图，即使是初学者也能摸清其中的门道。我特别喜欢书中关于异常和中断处理的那部分内容，这部分往往是许多教材中容易被忽略或者讲解得过于简略的部分，但在这本书里，作者却花了相当大的篇幅去讲解，并且用了很多生动的例子来解释中断发生时的CPU状态保存和恢复过程。这让我意识到，计算机在处理紧急事件时的“冷静”和“有序”，背后是多么精妙的设计。此外，书中对I/O接口和总线协议的介绍，也让我对计算机如何与外部世界进行信息交互有了更深的认识。USB、PCIe这些耳熟能详的名字，在这本书里被赋予了它们背后的技术灵魂。这种深入浅出的讲解，让我不禁感叹计算机科学的神奇之处。