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計算機系統設計與結構（第二版） 版權信息
- ISBN：7121006391
- 條形碼：9787121006395 ; 978-7-121-00639-5
- 裝幀：簡裝本
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
計算機系統設計與結構（第二版） 本書特色
本書從系統結構設計師、匯編程序員和邏輯設計師的角度介紹了計算機系統結構的設計。全書從計算機系統結構設計的綜述入手，講解了機器和機器語言之間的關系，引入了有代表性且容易理解的SRC模型和RTN結構功能描述語言，并討論了相關的邏輯設計問題；接下來作者用實例說明了CISC和RISC的區別，深入剖析了指令集和硬件之間的接口關系，介紹了CPU流水線、多指令發射計算機、微代碼控制單元的設計以及算術邏輯處理單元的設計；之后作者詳細介紹了存儲器的層次化結構設計，并且討論了機器輸入輸出系統和外圍設備；*后作者討論了一些計算機網絡互連方面的論題。 本書可作為高校計算機、電子等相關專業本科生和研究生微機原理、系統結構和計算機設計等方面課程的教材，對相關專業人士和研發人員也很有裨益。
計算機系統設計與結構（第二版） 內容簡介
本書從系統結構設計師、匯編程序員和邏輯設計師的角度介紹了計算機系統結構的設計。全書從計算機系統結構設計的綜述入手，講解了機器和機器語言之間的關系，引入了有代表性且容易理解的SRC模型和RTN結構功能描述語言，并討論了相關的邏輯設計問題；接下來作者用實例說明了CISC和RISC的區別，深入剖析了指令集和硬件之間的接口關系，介紹了CPU流水線、多指令發射計算機、微代碼控制單元的設計以及算術邏輯處理單元的設計；之后作者詳細介紹了存儲器的層次化結構設計，并且討論了機器輸入輸出系統和外圍設備；*后作者討論了一些計算機網絡互連方面的論題。
本書可作為高校計算機、電子等相關專業本科生和研究生微機原理、系統結構和計算機設計等方面譚程的教材，對相關專業人士和研發人員也很有裨益。
計算機系統設計與結構（第二版）計算機系統設計與結構（第二版） 前言
前 言 給教師的話 本書可作為大學三年級、四年級或研究生計算機設計課程的入門教材。在使用本書前，學生應該初步掌握一些高級程序設計語言，如C語言或Pascal語言，并學習過至少一學期的計算機邏輯設計。 第二版序 由于計算機技術發展過于迅速，有關計算機體系結構方面的書籍常常是墨跡未干便已過時。這種現象對計算機書籍的作者提出了很高的要求。作者必須不斷地對自己的書進行修改、訂正和再版，才能跟上時代發展的潮流。從一個方面看，這似乎是一個負擔；但從另一個方面來說，這也是一個機會。因為我們能夠不斷將新的材料、新的工具或對舊議題的新思維引入修訂和再版的書中。本書就是這樣一個修改、訂正與再版的產物。 本書將盡*大可能對計算機的工作原理進行詳盡的剖析，揭開它神秘的面紗。但為了使本書篇幅合理，我們刪節了一些輔助性質的內容。我們認為講授根本的原理比介紹表面的情況更重要。學生只有準確把握了這些重要的計算機工作原理，才有可能成為未來的計算機設計者。 第二版的新特色： 工具方面，該版本引入了基于Java的匯編器和帶有圖形界面的仿真器，它們都可以用于SRC，MC68000和ARC（一個SPARC的子集）。這些仿真器可以在PC，Macintosh OSX，以及所有可以運行Java虛擬機的UNIX和Linux平臺上運行。SRC機的VHDL和LogicWork模型也可以運行它們。 該版本每章都跟據當前的信息進行了更新，增加了許多新的例子和習題，還增加了一些經典例子。 本書的第1章是概論，主要是從三個不同的角度對計算機進行介紹。我們講解了匯編與機器語言程序設計員所看到的計算機是什么模樣，數字邏輯設計師所看到的計算機又是什么樣子，以及從計算機系統設計師的角度觀察計算機，又能得出什么結論。 第2章講述計算機與機器語言的關系。著重討論機器指令集對CPU結構設計的影響和指令集與用來描述機器結構與功能的形式語言之間的關系。描述機器的形式語言是我們研究計算機的工具，它能精確描述計算機硬件、機器指令及機器指令在硬件上的運行方式。形式描述語言有很多種，本書引入的形式語言叫寄存器轉移標記（RTN，Register Transfer Notation）語言。RTN是一種簡單且正好滿足本教程要求的形式語言。我們通過對SRC模型機的描述來引入RTN。SRC是一個具有32位指令集結構（ISA，Instruction Set Architecture）、通用且與現今市場上的商用32位機類似的簡化模型。本章結尾則對計算機邏輯電路進行了介紹，著重講述如何將RTN描述的操作變成實實在在的計算機邏輯電路設計。 第3章講述RISC與CISC兩種流行的計算機體系結構。我們通過對代表RISC結構的SPARC處理器與代表CISC設計思想的摩托羅拉 MC68000商用處理器的比較，闡述RISC與CISC結構的異同及其各自的優缺點，探討這兩種不同的設計對未來系統兼容性與機器設計方案的影響。 第4章是本書的重點。本章的目的是揭開計算機的神秘面紗。本章從邏輯門的層面對計算機硬件與機器指令之間的界面進行講解。用RTN形式描述語言作為表述計算機操作的工具，我們首先設計一臺只有一條總線的SRC機。對這臺簡單計算機的設計將從ISA寄存器開始，然后隨著講解機器指令的讀取、解碼和執行過程，不斷將新的寄存器加入到RTN的形式描述里。然后我們將注意力集中到“計算機的靈魂”—中央處理器和“計算機的心跳”—系統時鐘與計時系統的設計上來。在剖析完只有一條總線的SRC機后，我們將講述有兩條和三條總線的計算機的設計，著重討論硬件結構設計對機器指令執行速度的影響、硬件復位和異常處理。學習完本章之后，學生對計算機中央處理器的門級工作原理應該有相當清楚的理解。 第5章講述CPU的流水線結構、多指令發射計算機和微編碼控制單元設計。幾乎所有當代的計算機處理器均采用流水線結構。不管是編譯系統設計員、機器語言程序設計員，還是計算機系統架構師，對流水線結構的清楚理解是這些專業人員必須具備的基本素質。我們首先介紹流水線結構的重要性，然后通過對SRC機的流水線結構進行分析來闡述流水線結構的設計過程。隨后我們集中講述機器指令的并行執行，并著重討論兩種并行情況。**種并行情況是超標量運算，即一個CPU里含有多個能并行工作的功能單元。第二種情況是超長指令字（VLIW，Very Long Instruction Word），即一條機器指令包含有多個可并行的處理步驟。作為例子，我們在本章介紹如何在SRC機上實現VLIW并行功能。本章的結尾講述微編碼設計技術。微編碼在通用微處理器中用得不多，它更多地是在要求交貨快或要求可自定義用途的專用計算機設計中發揮重要作用。其實，微編碼作為一個有趣的計算機設計思路，頗值得我們花時間來了解。 第6章講述計算機的算術邏輯單元（ALU，Arithmetic and Logic Unit）。ALU的設計對系統整體性能的影響巨大。而ALU的性能則主要是由在硬件上實現的算法及數據類型決定的。因此，我們的討論也就從數據類型延伸到算法、再延伸到機器硬件。數據類型主要討論整數和浮點數。算法則討論順序語句和邏輯語句在ALU中的執行，其中著重講述如何使用ALU來執行條件及分支語句。本章結尾講述浮點算術。 第7章講述計算機的內存結構設計。從*簡單的一位字長的RAM和ROM單元的設計為起點，我們講述怎樣將這些一位字長的小單元組成芯片，又怎樣將芯片組成板卡，再如何將板卡組成模塊。本章著重剖析計算機內存結構的基本性質、Cache的設計及Cache與內存的相互關系。本章的內容還包括虛擬存儲器。虛擬存儲器主要研究在內存空間不夠的情況下，如何將內存空間從內存擴展到磁盤上。 第8章對計算機的輸入輸出結構進行詳細的討論。本章從幾種不同的總線構造講起，仔細講解總線信號和總線計時系統。然后集中闡述兩種主要的通用I/O接口：串行與并行接口。在這之后，本章討論機器中斷與I/O系統的關系，及這兩者與直接內存訪問（DMA，Direct Memory Access）的關系。 第9章講述I/O系統的另一端：外部設備。本章討論的內容包括磁盤結構與功能、視頻及其他顯示設備、打印機、鼠標以及計算機與模擬設備的連接。本章將重點介紹這些外部設備的工作原理、它們與CPU之間的接口以及它們與外部世界的界面。在此基礎上，再著重對外部設備的性能進行詳細的分析。 第10章講述計算機網絡。從網絡的結構和拓撲開始，我們講述三種當代機器通信的方式。**種方式是RS-232串行數據通信協議。這個通信協議用于兩臺計算機的點到點通信或一臺計算機與一臺終端的通信。在第二種方式的討論里，我們對計算機局域網進行研究，著重從物理層與數據層來探討以太網通信技術。討論將包括以太網數據分組結構、高速以太網、USB和FireWire（火線，又叫1394接口）。第三種通信方式是Internet。Internet可能是世界上*大、也是*重要的計算機通信系統了。我們討論的主題將集中在TCP/IP 協議和Internet地址及其編址尋址上。本章也將對當前流行的A、B和C三種Internet編址系統進行討論，著重論述這三種方式對IP地址空間的浪費，以及如何使用CIDR、DHCP和NAT方法來減少地址浪費。本章的結尾將簡略討論一下Internet的應用和未來。 教學支持材料 本書備有一份習題解答手冊，其中含有本書幾乎所有習題的答案。本書的電子講義則含有約600幅幻燈片。這些幻燈片有兩種格式：一種是Acrobat格式，另一種是PowerPoint格式。這些幻燈片涵蓋了本書的主要觀點和全部圖表。本教材的軟件支持工具包括基于Java的SRC、MC68000和SPARC的匯編器與模擬器。這些軟件工具能在PC、Macintosh OSX平臺，以及UNIX和Linux系統上運行。電子講義與軟件支持工具均可以從ftp://schof.colorado.edu/pub/CSDA網站上下載，其他材料的提供方式請參見書后的教學支持說明。
計算機系統設計與結構（第二版） 目錄
第1章 通用計算機
1.1 通用計算機
1.2 用戶眼中的計算機
1.3 機器語言與匯編語言程序員眼中的計算機
1.4 計算機架構師眼中的計算機
1.5 邏輯設計師眼中的計算機
1.6 歷史回顧
1.7 研究現狀與發展趨勢
1.8 本書的講解方式
小結
參考文獻
習題
第2章 機器，機器語言和數字邏輯
2.1 計算機及機器指令的分類
2.2 計算機指令集
2.3 簡化RISC計算機的非形式化描述
2.4 使用寄存器轉移標記語言對SRC機進行形式描述
2.5 使用RTN語言對尋址模式進行描述
2.6 寄存器轉移與邏輯電路：從行為到硬件
小結
參考文獻
習題
第3章 幾種真實機器
3.1 計算機功能與性能
3.2 精簡指令集計算機與復雜指令集計算機的比較
3.3 CISC處理器：摩托羅拉MC68000
3.4 一種RISC計算機體系結構：SPARC機
小結
參考文獻
習題
第4章 處理器設計
4.1 處理器設計過程
4.2 1總線SRC計算機的微觀結構
4.3 數據通道實現
4.4 2總線SRC機的邏輯設計
4.5 計算機控制單元
4.6 2總線和3總線處理器設計
4.7 機器復位
4.8 機器異常
小結
參考文獻
習題
第5 章 處理器設計高級議題
5.1 流水線結構
5.2 流水線沖突
5.3 指令級并行
5.4 微編碼
小結
參考文獻
習題
第6章 計算機算法與算術單元
6.1 數字系統與基數轉換
6.2 定點算術
6.3 算術單元ALU設計的半數值情形
6.4 浮點算術
小結
參考文獻
習題
第7章 內存系統設計
7.1 導言：內存系統的組成單元
7.2 RAM結構：邏輯設計師的視角
7.3 內存電路板和模塊
7.4 雙層內存架構
7.5 Cache
7.6 虛擬內存
7.7 計算機的存儲子系統
小結
參考文獻
習題
第8章 輸入和輸出
8.1 I/O子系統
8.2 可編程I/O
8.3 I/O中斷
8.4 直接內存訪問
8.5 I/O數據格式轉換和錯誤控制
小結
參考文獻
習題
第9章 外部設備
9.1 磁盤驅動器
9.2 改善磁盤系統的性能和可靠性
9.3 其他海量存儲設備
9.4 視頻顯示設備
9.5 打印機
9.6 輸入設備
9.7 與模擬世界之間的接口
小結
參考文獻
習題
第10章 通信，網絡和Internet
10.1 計算機與計算機之間的數據通信
10.2 串行數據通信協議
10.3 局域網
10.4 現代串行總線：USB和火線
10.5 Internet
小結
參考文獻
習題
附錄A SRC機的RTN描述
附錄B 匯編與匯編器
附錄C 部分習題及解答
附錄D 簡單RISC計算機
附錄E SRC匯編語言約
索引
1.1 通用計算機
1.2 用戶眼中的計算機
1.3 機器語言與匯編語言程序員眼中的計算機
1.4 計算機架構師眼中的計算機
1.5 邏輯設計師眼中的計算機
1.6 歷史回顧
1.7 研究現狀與發展趨勢
1.8 本書的講解方式
小結
參考文獻
習題
第2章 機器，機器語言和數字邏輯
2.1 計算機及機器指令的分類
2.2 計算機指令集
2.3 簡化RISC計算機的非形式化描述
2.4 使用寄存器轉移標記語言對SRC機進行形式描述
2.5 使用RTN語言對尋址模式進行描述
2.6 寄存器轉移與邏輯電路：從行為到硬件
小結
參考文獻
習題
第3章 幾種真實機器
3.1 計算機功能與性能
3.2 精簡指令集計算機與復雜指令集計算機的比較
3.3 CISC處理器：摩托羅拉MC68000
3.4 一種RISC計算機體系結構：SPARC機
小結
參考文獻
習題
第4章 處理器設計
4.1 處理器設計過程
4.2 1總線SRC計算機的微觀結構
4.3 數據通道實現
4.4 2總線SRC機的邏輯設計
4.5 計算機控制單元
4.6 2總線和3總線處理器設計
4.7 機器復位
4.8 機器異常
小結
參考文獻
習題
第5 章 處理器設計高級議題
5.1 流水線結構
5.2 流水線沖突
5.3 指令級并行
5.4 微編碼
小結
參考文獻
習題
第6章 計算機算法與算術單元
6.1 數字系統與基數轉換
6.2 定點算術
6.3 算術單元ALU設計的半數值情形
6.4 浮點算術
小結
參考文獻
習題
第7章 內存系統設計
7.1 導言：內存系統的組成單元
7.2 RAM結構：邏輯設計師的視角
7.3 內存電路板和模塊
7.4 雙層內存架構
7.5 Cache
7.6 虛擬內存
7.7 計算機的存儲子系統
小結
參考文獻
習題
第8章 輸入和輸出
8.1 I/O子系統
8.2 可編程I/O
8.3 I/O中斷
8.4 直接內存訪問
8.5 I/O數據格式轉換和錯誤控制
小結
參考文獻
習題
第9章 外部設備
9.1 磁盤驅動器
9.2 改善磁盤系統的性能和可靠性
9.3 其他海量存儲設備
9.4 視頻顯示設備
9.5 打印機
9.6 輸入設備
9.7 與模擬世界之間的接口
小結
參考文獻
習題
第10章 通信，網絡和Internet
10.1 計算機與計算機之間的數據通信
10.2 串行數據通信協議
10.3 局域網
10.4 現代串行總線：USB和火線
10.5 Internet
小結
參考文獻
習題
附錄A SRC機的RTN描述
附錄B 匯編與匯編器
附錄C 部分習題及解答
附錄D 簡單RISC計算機
附錄E SRC匯編語言約
索引
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計算機系統設計與結構（第二版） 作者簡介
Vincent P.Heuring，美國科羅拉多大學博爾德分校電子和計算機工程系教授，研究方向包括計算機系統結構和編程語言的設計與實現，主要關注計算機硬件和軟件的關系。Heuring教授是Eli編譯器構建系統的主要設計者之一，他還和Jordan教授合作設計了世界上第一臺光學存儲程序計算機。
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