计算机系统结构（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张晨曦，王志英 等 著

图书标签:

• 计算机系统结构
• 计算机组成原理
• 汇编语言
• 存储系统
• 处理器设计
• 流水线技术
• Cache
• 虚拟内存
• 指令集架构
• 计算机体系结构

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040403886

版次：2

商品编码：11539563

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2014-08-01

用纸：胶版纸

页数：361

字数：480000

正文语种：中文

编辑推荐

　　《计算机系统结构（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》特色：
　　论述现代大多数计算机都采用的比较成熟的思想、结构和方法等、语言简练、重点突出．避免面面俱到。
　　借鉴国际上经典的系统结构教材、强调采用量化的分析方法、使读者能更具体、实际地分析和设计计算机系统结构。
　　随书光盘配有基于动画解析教学法的近200个动画课件．有助于教师教学和学生的自主学习、达到非常好的教学效果。
　　配有基于自主开发的模拟器的实验教材《计算机组成与系统结构实验教程》与《计算机系统结构学习指导与题解》（均由高等教育出版社出版）、对于深入理解和掌握课程内容有很大的帮助。

内容简介

　　《计算机系统结构（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》系统地论述了计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本方法，并强调采用量化的分析方法，使读者能够更具体、实际地分析和理解计算机系统结构。
　　全书共10章。其中，第1章论述计算机系统结构的基本概念以及定量分析基础；第2章论述计算机指令集的设计、RISC技术及MIPS指令集结构；第3章论述流水线及其件能分析、流水线中的相关和冲突及其解决方法、向量处理机；第4章论述指令级并行性开发，包括指令动态调度、指令分支预测、To-masulo算法、前瞻执行、超标量、超流水以及超长指令字技术等；第5章论述Cache的基本知识、降低Cache失效率的方法、减少cache失效开销的方法以及碱少命中时间的方法；第6章论述总线、通道处理机及其流量分析、廉价磁盘冗余阵列RAID；第7章论述互连函数、互连网络的结构参数与性能指标、静态互连网络、动态互连网络及消息传递机制等；第8章论述对称式共享存储器系统结构、分布式共享存储器系统结构、多处理机cache一致性、同步及同时多线程技术；第9章论述机群的结构、软件模型及分类；第10章论述多核系统结构、实例及基于多核的并行程序设计。
　　《计算机系统结构（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》内容丰富，实例具体，语言简练，可读性好，并配有大量寓教于乐的动画课件，可作为高等院校计算机、软件工程、自动化及电子工程等相关专业本科生和研究生的教材，也可供相关科技人员参考。

作者简介

　　张晨曦，同济大学教授，博士生导师。国家级“中青年有突出贡献专家”，国家杰出青年基金获得者，上海市高校教学名师和上海市模范教师。先后主持了一个国家973计划课题和5项国家自然科学基金项目。
　　负责建设的计算机系统结构课程和计算机组成原理课程被评为上海市精品课程，“计算机系统结构”课程被评为国家级精品资源共享课。从事系统结构教学和研究30余年，开发出国内第一套用于本课程的动画课件以及国内第一套系统结构实验模拟器。
　　主编的《计算机系统结构》教材被评为国家级精品教材，编写出版5本“十一五”国家级规划教材，撰写专著两部。其中专著《新一代计算机》由荷兰North-Holland出版社出版。

内页插图

目录

第1章 计算机系统结构的基本概念
1.1 引言
1.2 计算机系统结构的概念
1.2.1 计算机系统的层次结构
1.2.2 计算机系统结构的定义
1.2.3 计算机组成和计算机实现
1.2.4 计算机系统结构的分类
1.3 定量分析技术
1.3.1 计算机系统设计的定量原理
1.3.2 计算机系统的性能评测
1.4 计算机系统结构的发展
1.4.1 冯·诺依曼结构
1.4.2 软件对系统结构的影响
1.4.3 器件发展对系统结构的影响
1.4.4 应用对系统结构的影响
1.5 计算机系统结构中并行性的发展
1.5.1 并行性的概念
1.5.2 提高并行性的技术途径
1.5.3 单机系统中并行性的发展
1.5.4 多机系统中并行性的发展
习题1

第2章 计算机指令集结构
2.1 指令集结构的分类
2.2 寻址方式
2.3 指令集结构的功能设计
2.3.1 cIsc指令集结构的功能设计
2.3.2 RIsc指令集结构的功能设计
2.3.3 控制指令
2.4 操作数的类型和大小
2.5 指令格式的设计
2.6 MIPs指令集结构
2.6.1 MIPs的寄存器
2.6.2 MIPs的数据表示
2.6.3 MIPs的数据寻址方式
2.6.4 MIPs的指令格式
2.6.5 MIPs的操作
2.6.6 MIPs的控制指令
2.6.7 MIPs的浮点操作
习题2

第3章 流水线技术
3.1 流水线的基本概念
3.1.1 什么是流水线
3.1.2 流水线的分类
3.2 流水线的性能指标
3.2.1 吞吐率
3.2.2 加速比
3.2.3 效率
3.2.4 流水线性能分析举例
3.2.5 流水线设计中的若干问题
3.3 流水线的相关与冲突
3.3.1 一个经典的5段流水线
3.3.2 相关与流水线冲突
3.4 流水线的实现
3.4.1 MIPs的一种简单实现
3.4.2 基本的MIPs流水线
3.5 向量处理机
3.5.1 向量处理方式
3.5.2 向量处理机的结构
3.5.3 提高向量处理机性能的方法
3.5.4 向量处理机的性能评价
习题3

第4章 指令级并行
4.1 指令级并行的概念
4.2 指令的动态调度
4.2.1 动态调度的基本思想
4.2.2 Tomasu]o算法
4.3 动态分支预测技术
4.3.1 采用分支历史表BHT
4.3.2 采用分支目标缓冲器BTB
4.3.3 基于硬件的前瞻执行
4.4 多指令流出技术
4.4.1 基于静态调度的多流出技术
4.4.2 基于动态调度的多流出技术
4.4.3 超长指令字技术
4.4.4 多流出处理器受到的限制
4.4.5 超流水线处理机
4.5 循环展开和指令调度
4.5.1 循环展开和指令调度的基本方法
4.5.2 静态超标量处理机中的循环展开
习题4

第5章 存储系统
5.1 存储系统的层次结构
5.1.1 存储系统的层次结构
5.1.2 存储系统的性能参数
5.1.3 三级存储系统
5.1.4 存储层次的4个问题
5.2 Cache基本知识
5.2.1 基本结构和原理
5.2.2 映像规则
5.2.3 查找方法
5.2.4 Cache的工作过程
5.2.5 替换算法
5.2.6 写策略
5.2.7 Cache性能分析
5.2.8 改进Cache性能
5.3 降低Cache不命中率
5.3.1 三种类型的不命中
5.3.2 增加Cache块大小
5.3.3 增加cache的容量
5.3.4 提高相联度
5.3.5 伪相联Cache
5.3.6 硬件预取
5.3.7 编译器控制的预取
5.3.8 编译优化
5.3.9 “牺牲”Cache
5.4 减少Cache不命中开销
5.4.1 采用两级Cache
5.4.2 让读不命中优先于写
5.4.3 写缓冲合并
5.4.4 请求字处理技术
5.4.5 非阻塞Cache技术
5.5 减少命中时间
5.5.1 容量小、结构简单的Cache
5.5.2 虚拟Cache
5.5.3 Cache访问流水化
5.5.4 踪迹Cache
5.5.5 Cache优化技术总结
5.6 并行主存系统
5.6.1 单体多字存储器
5.6.2 多体交叉存储器
5.6.3 避免存储体冲突
5.7 虚拟存储器
5.7.1 基本概念
5.7.2 快速地址转换技术
5.7.3 页式虚拟存储器实例：64位Opteron的存储管理
5.8 实例：AMDOpteron的存储器层次结构
……

第6章 输入／输出系统
第7章 互连网络
第8章 多处理机
第9章 机群系统
第10章 多核系统结构与编程
参考文献

《深入探索：现代计算的基石》 本书旨在为读者揭示现代计算机系统的核心运作原理，从最底层的硬件指令集到上层的复杂软件交互，构建一个全面而深入的理解框架。我们将一同踏上一段探索之旅，解构计算世界的每一个关键组成部分，理解它们如何协同工作，共同驱动着我们所熟知的数字时代。 一、指令集架构（ISA）：计算的语言 我们将从计算机最基本的“语言”——指令集架构（ISA）入手。深入理解ISA是理解所有上层软件和硬件交互的基础。本书将详细剖析不同ISA的设计哲学，如RISC（精简指令集计算）与CISC（复杂指令集计算）的演变历程与各自的优劣。读者将学习到指令的格式、寻址模式、数据类型以及基本的算术、逻辑、控制流指令。我们还将探讨指令流水线、超标量执行等早期提升指令级并行性的技术，为理解现代高性能处理器的设计奠定基础。理解ISA不仅是理论上的学习，更是掌握计算机底层运作机制的关键钥匙。 二、处理器核心设计：智慧的引擎 在理解了指令集之后，我们将进入处理器核心的设计。这里是计算能力的心脏。本书将深入探讨现代处理器微体系结构的关键技术，包括： 指令流水线（Instruction Pipelining）： 如何将指令的处理分解为多个阶段，实现重叠执行，大幅提升吞吐量。我们将分析流水线冲突（数据冒险、结构冒险、控制冒险）的成因以及各种解决技术，如转发、气泡插入、分支预测等。 超标量执行（Superscalar Execution）： 探索如何通过多个执行单元同时执行多条指令，实现指令级并行性（ILP）的飞跃。 乱序执行（Out-of-Order Execution）： 深入解析处理器如何打破指令的原始顺序，根据数据依赖性动态调度指令，最大限度地利用计算资源，提高执行效率。 缓存层次结构（Cache Hierarchy）： 详细阐述多级缓存（L1、L2、L3）的设计理念、工作原理以及缓存一致性协议（如MESI）的重要性。理解缓存对于解决处理器与主存储器之间的速度差异至关重要。 分支预测（Branch Prediction）： 分析条件分支指令对流水线的影响，以及各种分支预测技术（静态预测、动态预测）如何降低分支预测错误带来的性能损失。 多核处理器（Multi-core Processors）： 探讨将多个处理器核心集成到单个芯片的设计，以及由此带来的并行计算模型和挑战。 三、存储器系统：信息的殿堂 除了处理器，存储器系统是计算机另一个不可或缺的组成部分。本书将全面审视存储器系统的层次结构，从速度最快的寄存器、缓存，到容量巨大但速度较慢的主存（DRAM），再到持久化的辅助存储（SSD、HDD）。我们将深入研究： 主存组织与访问： DRAM的基本原理、行缓冲、列缓冲等技术如何提高访问效率。 虚拟存储器（Virtual Memory）： 详细解释虚拟地址到物理地址的转换过程，页表、TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用，以及它如何实现内存共享、保护和隔离。 存储器管理单元（MMU）： 剖析MMU在虚拟存储器实现中的关键作用。 I/O系统与总线： 探讨各种输入输出设备如何通过总线连接到处理器和存储器，以及DMA（Direct Memory Access）等技术如何提高I/O效率。 四、并行计算与多处理器系统：协同的力量 在多核处理器普及的今天，理解并行计算至关重要。本书将介绍： 并行处理模型： 从共享内存模型到消息传递模型，分析不同并行编程范式的特点。 多处理器系统： 探讨UMA（Uniform Memory Access）和NUMA（Non-Uniform Memory Access）等共享内存系统的结构差异及其对性能的影响。 互连网络： 分析多处理器系统中连接各个处理单元和存储单元的网络拓扑结构（如网格、环、超立方体）及其性能指标。 同步与通信： 讲解并行程序中实现进程或线程之间同步和通信的机制，如锁、信号量、消息队列等。 五、性能评估与优化：精益求精 理解了计算机系统的各个组成部分后，本书还将指导读者如何评估和优化系统的性能。我们将学习： 性能度量指标： 如吞吐量、延迟、MIPS、FLOPS等，以及如何正确地理解和使用它们。 性能分析工具： 介绍各种硬件和软件性能分析工具，帮助发现系统瓶颈。 编译器优化： 探讨编译器在代码生成过程中进行的各种优化技术，如循环展开、函数内联、常量折叠等，以及它们如何影响最终的机器码性能。 系统级优化： 从算法选择、数据结构设计到并行程序调优，全方位提升系统整体性能。 本书的特色： 本书不仅注重理论知识的系统讲解，更强调实际应用和原理的联系。通过对经典和现代处理器设计的深入剖析，以及对存储器系统、I/O系统、并行计算等方面的全面阐述，本书将帮助读者建立起一个关于计算机系统结构的金字塔式理解。无论您是计算机科学专业的学生，还是希望深入了解计算机底层运作机制的从业者，本书都将为您提供宝贵的知识财富，助您在日益复杂的计算领域中游刃有余。

评分☆☆☆☆☆

对于任何一个对计算机底层技术有兴趣的开发者来说，《计算机系统结构（第2版）》都是一本不可多得的宝藏。书中关于虚拟化技术的讲解，更是让我大开眼界。我一直很好奇，一台物理机是如何同时运行多个操作系统，而且互不干扰的。这本书详细解释了虚拟化是如何实现的，包括硬件辅助虚拟化、半虚拟化等技术。它让我明白，虚拟化不仅仅是软件层面的模拟，更需要硬件层面的支持，例如CPU的虚拟化扩展。了解了这些，我才明白为什么虚拟化技术在云计算领域扮演着如此重要的角色，它极大地提高了服务器资源的利用率，降低了数据中心的运营成本。

评分☆☆☆☆☆

我简直无法想象，《计算机系统结构（第2版）》这本书能让我对计算机的底层运作原理产生如此深刻的认识。在此之前，我一直以为计算机就是一台听从指令的机器，但这本书的出现，彻底颠覆了我的认知。它就像一位经验丰富的向导，一步步带领我探索计算机的心脏——处理器，了解CPU如何执行指令，如何进行流水线操作，如何通过缓存来加速数据访问。书中的内容极其细致，例如在讲解指令集架构（ISA）时，作者并没有止步于罗列指令，而是深入分析了不同指令集的设计哲学，如RISC和CISC的优劣势，以及它们如何影响编译器的优化和程序的执行效率。当我读到关于乱序执行的部分，简直惊为天人，原来CPU内部在执行指令时，可以如此“聪明”地重新排列指令的顺序，以充分利用执行单元，从而提高整体性能。这种精密的调度机制，让我对现代处理器的强大性能有了全新的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

《计算机系统结构（第2版）》在对编译器的优化策略进行介绍时，让我感到非常惊喜。我一直以为编译器只是将高级语言翻译成机器码，但这本书让我了解到，编译器在优化代码以提高执行效率方面所做的努力是多么的巨大。书中详细介绍了各种优化技术，例如循环展开、函数内联、死代码消除等，以及它们是如何作用于指令流水线和缓存的。我终于明白了为什么有时候看似简单的代码，在编译后生成的机器码却非常复杂，而且执行效率会得到显著提升。这种深入的剖析，让我对软件性能优化有了全新的视角，也促使我更关注如何编写对编译器友好的代码。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的惊喜远不止于此。关于存储器层次结构的部分，我感觉自己仿佛真的置身于一个数据流动的迷宫，从速度极快的寄存器，到速度稍慢但容量更大的缓存，再到容量巨大但速度相对较慢的主存，以及最后永续存储的磁盘。作者用生动的比喻和详实的图解，清晰地描绘了数据在不同层次之间如何搬运，以及缓存一致性协议的重要性。我以前只知道“缓存”这个词，但对它的工作原理知之甚少。通过这本书，我终于明白了缓存未命中（cache miss）会带来什么样的性能损耗，以及如何通过优化程序的数据访问模式来提高缓存命中率。特别是关于多处理器系统中的缓存一致性问题，书中的讲解更是让我醍醐灌顶，理解了MESI等协议如何保证多个处理器之间对同一数据的访问的一致性，避免了数据冲突和不一致的情况发生。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深入分析让我开始重新审视“性能”这个概念。过去，我可能只关注程序运行的速度，但《计算机系统结构（第2版）》让我认识到，性能是一个多维度的考量，它不仅包括执行速度，还涉及到功耗、成本、可靠性等多个方面。例如，在讨论指令集架构时，作者详细比较了不同架构在功耗和性能之间的权衡。我也更加理解了为什么有些高性能计算系统会选择特定的处理器架构，而不是简单地堆砌更多的核心。书中的一些案例分析，比如对不同芯片设计的比较，让我看到了架构师们在追求极致性能的同时，是如何在各种约束条件下做出取舍的。这种全局观，对于理解整个计算机产业的发展趋势非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲解存储设备时，让我对固态硬盘（SSD）和传统机械硬盘（HDD）的性能差异有了更清晰的认识。它不仅介绍了它们的基本工作原理，还深入分析了它们在读写速度、延迟、耐用性、功耗等方面的优劣势。书中还探讨了更高级的存储技术，如NVMe接口，以及它如何进一步提升SSD的性能。我以前可能觉得SSD只是比HDD快一点，但读完这本书，我才明白它们在底层技术上有着本质的区别，以及NVMe技术如何解锁了SSD的全部潜力。这些信息对于理解现代存储系统的发展趋势非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，《计算机系统结构（第2版）》这本书不仅仅是一本教材，更是一次深入的计算机科学之旅。它将抽象的理论概念，通过清晰的讲解、丰富的图示和深刻的案例，变得触手可及。从指令集到存储器层次，从并行计算到虚拟化，这本书几乎涵盖了现代计算机系统的各个核心方面。我强烈推荐这本书给任何想要深入了解计算机底层原理的读者，无论是学生、开发者还是技术爱好者，都能从中获得宝贵的知识和启迪。这本书的价值，远不止于书本的页码，它更是为我打开了一扇通往更深层次计算世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

《计算机系统结构（第2版）》对于我理解现代计算机的能耗管理，起到了至关重要的作用。书中关于功耗与性能的权衡，以及各种节能技术，让我意识到了在设计和使用计算机时，功耗并非一个可以忽略的因素。作者详细介绍了动态电压频率调整（DVFS）等技术，以及它们是如何根据系统负载动态地调整CPU的电压和频率，从而在保证性能的同时降低功耗。此外，对于服务器集群和数据中心的能耗问题，书中也进行了深入的探讨，让我意识到优化系统结构和算法对于降低整体能耗的重要性。这不仅是在理论层面，也让我开始思考在实际的软件开发中，如何编写更节能的代码。

评分☆☆☆☆☆

《计算机系统结构（第2版）》在讲解并行计算方面的内容，简直就是为我量身定做的。长期以来，我一直对如何充分利用多核处理器的强大能力感到困惑。这本书系统地介绍了不同类型的并行性，包括指令级并行（ILP）、线程级并行（TLP）和进程级并行（PLP）。作者深入浅出地讲解了指令级并行，如超标量处理器和VLIW架构，以及它们是如何通过同时执行多条指令来提升性能的。我特别喜欢关于多线程编程的讨论，它解释了如何在软件层面利用多核处理器的优势，通过创建多个线程来并行处理任务。书中还探讨了共享内存模型和消息传递模型，以及它们在分布式系统中的应用。读完这部分，我感觉自己对如何编写高效的并行程序有了更清晰的思路，不再是凭感觉猜测，而是有了理论指导。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书在介绍I/O系统方面的内容，也让我受益匪浅。以前，我对输入输出设备，如磁盘、网络接口的了解仅停留在表面。但《计算机系统结构（第2版）》详细阐述了I/O设备如何与CPU进行交互， DMA（直接内存访问）是如何绕过CPU直接进行数据传输，从而显著提高I/O性能。书中还探讨了中断机制，以及它是如何让CPU在I/O设备完成操作时得到通知的。读到关于存储器接口和总线结构的部分，我更是了解到不同I/O设备连接到主板上的方式，以及不同总线在带宽和延迟方面的差异。这些知识，让我对计算机的整体架构有了更全面的认识，理解了不同组件之间的协同工作原理。

评分☆☆☆☆☆

还可以吧

评分☆☆☆☆☆

iCourse·教材：线性代数

评分☆☆☆☆☆

书很好，有事可做了。

评分☆☆☆☆☆

嗯，还不错

评分☆☆☆☆☆

书感觉很好，下面要好好读书了。

评分☆☆☆☆☆

上课用的 比学校便宜

评分☆☆☆☆☆

不错的书，买来参考一下，希望有帮助。

评分☆☆☆☆☆

好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好

评分☆☆☆☆☆

不错