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内容大纲
琳达·纳尔、朱莉娅·洛博著的《计算机组成与体系结构(原书第4版)/计算机科学丛书》揭示了现代计算机的内部工作方式,采用大量真实的例子,引导读者由浅入深地学习计算机体系结构的概念和理论。第4版完全遵循ACM/IEEE CS 2013关于计算机组成和体系结构本科课程的要求编写,适合作为高等院校计算机专业相关课程的教材或参考书。 -
作者介绍
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目录
出版者的话
译者序
前言
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 计算机的主要部件
1.3 一个实例系统:吃力地读专业词汇
1.4 标准组织
1.5 发展历史
1.5.1 第零代:机械计算机(1642~1945年)
1.5.2 第一代:电子管计算机(1945~1953年)
1.5.3 第二代:晶体管计算机(1954~1965年)
1.5.4 第三代:集成电路计算机(1965~1980年)
1.5.5 第四代:超大规模集成电路计算机(1980~)
1.5.6 摩尔定律
1.6 计算机层次结构
1.7 云计算:计算即服务
1.8 冯·诺依曼模型
1.9 非冯·诺依曼模型
1.10 并行处理器和并行计算
1.11 并行性:机器智能的
推动者——深蓝和沃森
本章小结
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参考文献
复习题
习题
第2章 计算机系统中的数据表示
2.1 引言
2.2 按位计数系统
2.3 不同进制之间的转换
2.3.1 无符号整数的转换
2.3.2 小数的转换
2.3.3 2的幂次作为基数的计数系统之间的转换
2.4 有符号整数表示
2.4.1 原码
2.4.2 补码系统
2.4.3 有符号数的移码表示
2.4.4 无符号数与有符号数
2.4.5 计算机、算术和布斯算法
2.4.6 进位和溢出
2.4.7 使用移位进行二进制乘法和除法
2.5 浮点数表示
2.5.1 一个简单的模型
2.5.2 浮点运算
2.5.3 浮点误差
2.5.4 IEEE- 754浮点标准
2.5.5 表数范围、精度和准确度
2.5.6 有关浮点数的其他问题
2.6 字符编码
2.6.1 二进制编码的十进制
2.6.2 EBCDIC
2.6.3 ASCII
2.6.4 Unicode
2.7 错误检测与纠错
2.7.1 循环冗余校验
2.7.2 汉明码
2.7.3 里德-所罗门纠错码
本章小结
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参考文献
复习题
习题
特别关注:数据记录和传输的编码
第3章 布尔代数与数字逻辑
3.1 引言
3.2 布尔代数
3.2.1 布尔表达式
3.2.2 布尔代数的基本定律
3.2.3 化简布尔表达式
3.2.4 求反
3.2.5 表示布尔函数
3.3 逻辑门
3.3.1 逻辑门符号
3.3.2 通用逻辑门
3.3.3 多输入逻辑门
3.4 数字组件
3.4.1 数字电路及其与布尔代数的关系
3.4.2 集成电路
3.4.3 汇总:从问题描述到电路
3.5 组合逻辑电路
3.5.1 基本概念
3.5.2 典型的组合逻辑电路示例
3.6 时序电路
3.6.1 基本概念
3.6.2 时钟
3.6.3 触发器
3.6.4 有限状态机
3.6.5 时序电路示例
3.6.6 时序逻辑的应用:卷积编码和维特比检测
3.7 电路设计
本章小结
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参考文献
复习题
习题
特别关注:卡诺图
第4章 一个简单的计算机模型MARIE
4.1 引言
4.2 CPU基本知识和组织结构
4.2.1 寄存器
4.2.2 ALU
4.2.3 控制单元
4.3 总线
4.4 时钟
4.5 输入/输出子系统
4.6 存储器的组成和寻址方式
4.7 中断
4.8 MARIE
4.8.1 组织结构
4.8.2 寄存器和总线
4.8.3 指令集架构
4.8.4 寄存器传输表示
4.9 指令的执行过程
4.9.1 取指-译码-执行周期
4.9.2 中断和指令周期
4.9.3 MARIE的I/O
4.10 一个简单的程序
4.11 关于编译程序的讨论
4.11.1 编译程序的作用
4.11.2 使用汇编语言的原因
4.12 指令集的扩展
4.13 关于译码的讨论:硬连线和微程序控制
4.13.1 机器控制
4.13.2 硬连线控制
4.13.3 微程序控制
4.14 实际的计算机体系结构
4.14.1 Intel体系结构
4.14.2 MIPS体系结构
本章小结
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参考文献
复习题
习题
第5章 仔细审视指令集架构
5.1 引言
5.2 指令格式
5.2.1 指令集设计决策
5.2.2 小端和大端方式
5.2.3 CPU内部的存储:堆栈和寄存器
5.2.4 操作数个数和指令长度
5.2.5 扩展操作码
5.3 指令类型
5.3.1 数据传送
5.3.2 算术运算
5.3.3 布尔逻辑运算指令
5.3.4 位操作指令
5.3.5 输入/输出指令
5.3.6 传送控制指令
5.3.7 专用指令
5.3.8 正交指令集
5.4 寻址
5.4.1 数据类型
5.4.2 寻址方式
5.5 指令流水线
5.6 指令集架构实例
5.6.1 Intel
5.6.2 MIPS
5.6.3 Java虚拟机
5.6.4 ARM
本章小结
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参考文献
复习题
习题
第6章 存储器
6.1 引言
6.2 存储器类型
6.3 存储器的层次结构
6.4 高速缓存
6.4.1 缓存映射策略
6.4.2 替换策略
6.4.3 有效访问时间和命中率
6.4.4 发生缓存失效的时间
6.4.5 缓存写策略
6.4.6 指令和数据缓存
6.4.7 缓存的级别
6.5 虚拟存储器
6.5.1 分页
6.5.2 使用分页管理的有效访问时间
6.5.3 汇总:使用缓存、TLB和分页技术
6.5.4 分页和虚拟存储器的优缺点
6.5.5 分段
6.5.6 分段和分页的组合
6.6 存储器管理实例
本章小结
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参考文献
复习题
习题
第7章 输入/输出和存储系统
7.1 引言
7.2 I/O及其性能
7.3 阿姆达尔定律
7.4 I/O体系结构
7.4.1 I/O控制方法
7.4.2 字符I/O与块I/O
7.4.3 I/O总线操作
7.5 数据传输模式
7.5.1 并行数据传输
7.5.2 串行数据传输
7.6 磁盘技术
7.6.1 硬盘驱动器
7.6.2 固态硬盘
7.7 光盘
7.7.1 CD- ROM
7.7.2 DVD
7.7.3 蓝光光盘
7.7.4 光盘记录方式
7.8 磁带
7.9 RAID
7.9.1 RAID
7.9.2 RAID
7.9.3 RAID
7.9.4 RAID
7.9.5 RAID
7.9.6 RAID
7.9.7 RAID
7.9.8 RAID DP
7.9.9 混合RAID系统
7.10 数据存储的未来
本章小结
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参考文献
复习题
习题
特别关注:数据压缩
第8章 系统软件327 8
引言
8.2 操作系统
8.2.1 操作系统的历史
8.2.2 操作系统的设计
8.2.3 操作系统的服务
8.3 保护环境
8.3.1 虚拟机
8.3.2 子系统和分区
8.3.3 保护环境和系统结构的演变
8.4 编程工具
8.4.1 汇编程序和汇编
8.4.2 链接器
8.4.3 动态链接库
8.4.4 编译器
8.4.5 解释器
8.5 Java:以上全部
8.6 数据库软件
8.7 事务管理器
本章小结
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参考文献
复习题
习题
第9章 可供选择的体系结构
9.1 引言
9.2 RISC设备
9.3 Flynn分类法
9.4 并行和多处理器体系结构
9.4.1 超标量和超长指令字
9.4.2 向量处理器
9.4.3 互连网络
9.4.4 共享存储器的多处理器
9.4.5 分布式计算
9.5 其他的并行处理方法
9.5.1 数据流计算
9.5.2 神经网络
9.5.3 脉动阵列
9.6 量子计算
本章小结
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参考文献
复习题
习题
第10章 嵌入式系统专题
10.1 引言
10.2 嵌入式硬件概述
10.2.1 标准的嵌入式系统硬件
10.2.2 可重构硬件
10.2.3 定制设计的嵌入式硬件
10.3 嵌入式软件概述
10.3.1 嵌入式系统的存储器组织
10.3.2 嵌入式操作系统
10.3.3 嵌入式系统的软件开发
本章小结
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参考文献
复习题
习题
第11章 性能测量和分析
11.1 引言
11.2 计算机性能公式
11.3 数学准备工作
11.3.1 均值的含义
11.3.2 统计学和语义
11.4 基准测试
11.4.1 时钟频率、MIPS和FLOPS
11.4.2 综合测试基准:Whetstone、Linpack和Dhrystone
11.4.3 SPEC基准
11.4.4 事务处理性能委员会基准
11.4.5 系统仿真
11.5 CPU性能优化
11.5.1 分支优化
11.5.2 使用好的算法和简单代码
11.6 磁盘性能
11.6.1 理解问题
11.6.2 物理因素
11.6.3 逻辑因素
本章小结
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参考文献
复习题
习题
第12章 网络的组成和体系结构
12.1 引言
12.2 早期的商用计算机网络
12.3 早期的学术和科研网络:因特网的根源和体系结构
12.4 网络协议I:ISO/OSI统一协议
12.4.1 一个小故事
12.4.2 OSI参考模型
12.5 网络协议II:TCP/IP网络体系结构
12.5.1 IPv
12.5.2 IPv4的麻烦
12.5.3 传输控制协议
12.5.4 TCP的工作过程
12.5.5 IPv
12.6 网络组成
12.6.1 物理传输介质
12.6.2 接口卡
12.6.3 中继器
12.6.4 集线器
12.6.5 交换机
12.6.6 网桥和网关
12.6.7 路由器和路由
12.7 因特网的脆弱性
本章小结
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参考文献
复习题
习题
第13章 选择存储系统和接口
13.1 引言
13.2 SCSI架构
13.2.1 “经典”并行SCSI
13.2.2 SCSI架构模型
13.3 因特网SCSI
13.4 存储区域网络
13.5 其他I/O连接
13.5.1 并行总线:XT到ATA
13.5.2 串行ATA和串行连接的SCSI
13.5.3 外围设备互连
13.5.4 串行接口USB
13.6 云存储
本章小结
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参考文献
复习题
习题
附录A 数据结构和计算机
精选习题答案与提示
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