計算機結構 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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圖書標籤:

• 計算機結構
• 計算機體係結構
• 計算機組成原理
• 數字邏輯
• 匯編語言
• CPU
• 存儲器
• 輸入輸齣
• 並行計算
• 流水綫技術

　　本書適用於技術學院、五專有關電腦（電子）係科之計算機課程。

　　讀完此書，將可瞭解計算機硬體結構的各單元之功能和相互關係，以及控製信號産生的方法與導引計算機工作之情形。

　　內容主要為：處理器、記憶體、控製單元、輸入輸齣係統及匯流排、非傳統計算機係統及處理器結構實例，架構堅實，內容豐富。

深度探索：信息時代的數字基石 一部關於現代計算係統底層邏輯與演進的權威著作 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且富有洞察力的視角，解析當代計算機係統的核心構建原理、設計哲學及其在信息技術浪潮中的演進軌跡。我們不局限於對單一硬件組件的描述，而是緻力於構建一個完整的知識體係，幫助讀者理解從最底層的物理實現到高級軟件交互的整個計算生態。 一、超越錶象：計算的本質與抽象層級 開篇部分，我們將從信息論和布爾代數的基礎齣發，奠定理解數字邏輯的理論基石。這部分內容將詳細闡述如何用最簡潔的數學語言來描述和操作信息。隨後，我們將深入探討馮·諾依曼體係結構作為現代計算範式的奠基作用，剖析其指令集、存儲器和輸入/輸齣（I/O）單元之間的交互機製。我們不僅僅是羅列概念，而是著重分析這種結構在麵對現代應用需求（如多媒體處理、大規模並發）時所展現齣的固有局限性與演進方嚮。 二、邏輯的熔爐：數字電路與微處理器設計 本章節是全書的技術核心之一。我們將係統地解析構成計算單元的數字邏輯門、組閤邏輯電路和時序邏輯電路（如觸發器、寄存器、計數器）。重點在於如何將這些基礎元件有效組織起來，形成算術邏輯單元（ALU）並實現復雜的數據處理功能。 隨後，我們將進入微處理器（CPU）的核心設計領域。這包括： 指令集架構（ISA）的權衡： 詳盡對比精簡指令集（RISC）與復雜指令集（CISC）的設計哲學、優缺點及其在不同應用場景中的適用性。我們還會探討現代處理器如何通過微操作解碼、亂序執行和分支預測等技術，極大超越其基礎ISA的性能瓶頸。 流水綫技術深度解析： 分析指令流水綫的工作原理、衝突檢測與解決機製，並探討多發射（Superscalar）和超長指令字（VLIW）等提高並行度的進階技術。 控製單元的設計： 闡述硬布綫控製與微程序控製的實現方式，以及它們對處理器靈活性和復雜性的影響。 三、內存的層級：速度、容量與一緻性的博弈 存儲係統是決定現代計算機係統整體性能的關鍵瓶頸。本書將以分層模型為框架，詳盡剖析從寄存器到二級緩存，再到主存（DRAM）乃至外部存儲設備的整個內存層次結構。 Cache 緩存係統詳解： 深入探討一級、二級和三級緩存的工作機製，包括地址映射策略（直接映射、全相聯、組相聯）、寫策略（寫迴與直寫）以及替換算法（LRU及其變種）。特彆關注多核係統中緩存一緻性協議（如MESI協議）的復雜性與實現細節。 主存與虛擬存儲： 解析動態隨機存取存儲器（DRAM）的刷新機製與性能特性。詳細介紹虛擬內存的概念，包括地址轉換過程、頁錶結構、TLB（轉換後援緩衝器）的工作方式，以及缺頁中斷的處理流程，闡明虛擬內存如何實現進程隔離與內存保護。 四、連接的藝術：I/O係統與係統互連 數據在處理器、內存和外部設備之間的高效傳輸，依賴於精心設計的互連結構。 總綫結構與仲裁： 分析係統總綫的工作模式，包括同步與異步傳輸，以及總綫仲裁機製（如鏈式查詢、計數仲裁）。對比共享總綫與點對點互連架構的性能差異。 中斷與DMA： 詳盡描述中斷驅動I/O與直接內存存取（DMA）的機製。重點分析DMA控製器如何接管數據傳輸，從而解放CPU進行其他計算任務，這是提升I/O吞吐量的核心技術。 現代互連網絡： 探討在多處理器和大規模並行計算係統中，如交叉開關、網格網絡和拓撲結構（如Hypercube）如何實現處理器之間的快速通信。 五、並行化與異構計算的浪潮 麵對摩爾定律放緩的挑戰，計算的未來在於並行化與專業化。本書的後半部分將重點關注這些前沿領域： 多核與多綫程： 分析如何利用硬件提供的並行性，討論綫程級並行（TLP）與指令級並行（ILP）的結閤。深入探討同步、互斥機製（如信號量、鎖）在並發編程中的應用與潛在死鎖問題。 GPU與加速器架構： 專門開闢章節解析圖形處理單元（GPU）的SIMT（單指令多綫程）架構。對比CPU的“深而窄”與GPU的“寬而淺”的設計哲學，闡明GPU如何通過海量簡單核心來高效處理數據並行任務。 能效比的考量： 在移動設備和數據中心背景下，分析功耗管理技術（如時鍾門控、動態電壓頻率調整DVFS）如何成為現代處理器設計中與性能同等重要的指標。 本書內容覆蓋瞭從晶體管級彆到係統級軟件接口的整個計算機科學鏈條。它不僅適閤計算機科學、電子工程等專業的學生作為核心教材，同樣是係統程序員、硬件設計師以及任何希望透徹理解“計算機如何真正工作”的技術專業人士的必備參考書。通過嚴謹的邏輯推導和豐富的工程實例，讀者將能夠掌握構建、分析和優化現代計算係統的必備知識框架。

第一章 簡介

第二章 處理器

第三章 記憶體

第四章 控製單位

第五章 輸入輸齣係統及匯流排

第六章 記憶體之二

第七章 非傳統計算機係統

第八章 處理器結構實例

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哇，這本《計算機結構》真的讓我大開眼界！我本來以為這類的書會很枯燥乏味，但作者的筆觸非常生動，就像在聽一位經驗豐富的工程師娓娓道來他與計算機世界的親密接觸。從一開始最基礎的邏輯閘，到後來講到CPU的設計，每一個概念都被拆解得清清楚楚，而且配上那些圖示，簡直是太有幫助瞭！我還記得有一次，我為瞭搞懂 cache coherence 的概念，翻瞭好幾本書都覺得霧裡看花，結果在這本書裡，作者用瞭一個非常貼切的比喻，一下子就讓我豁然開朗，彷彿眼前陰霾盡散。他對於各種指令集架構的比較分析也特別到位，讓我對 ARM 和 x86 這兩大巨頭的優劣勢有瞭更深層次的理解，也更明白為什麼有些設備會選擇其中一種。書中不隻談理論，還穿插瞭不少實際的應用案例，例如解釋高性能計算機是如何透過各種優化技術來達到極緻的性能，或是嵌入式係統在設計時需要考慮哪些特別的權衡。讀完之後，我對電腦的運作原理不再是模模糊糊的印象，而是有瞭清晰的藍圖，感覺自己對整個科技產業的脈動都更加敏感瞭。這本書絕對是所有對計算機科學感興趣的人，不管是學生還是已經在業界打滾的先進，都應該入手一本的經典之作。

评分☆☆☆☆☆

我是一個對科技產品充滿好奇心的人，平常喜歡拆解東西，看看裡麵的奧秘。《計算機結構》這本書，對於我這樣的「好奇寶寶」來說，簡直是一本寶藏！我一直對電腦裡那個小小的晶片是如何處理我們發齣的指令感到不可思議，而這本書就為我解開瞭這個謎團。作者用一種非常引人入勝的方式，從最基礎的邏輯閘（logic gates）開始，逐步引導我們進入到更複雜的 CPU 設計。我最喜歡的部分是關於指令集架構（Instruction Set Architecture, ISA）的討論，作者將不同的 ISA，例如 x86 和 ARM，進行瞭生動的比較，讓我理解到它們在設計理念上的根本差異，以及這種差異是如何影響到設備的功耗和效能。書中關於記憶體管理（memory management）的講解也讓我大開眼界，特別是虛擬記憶體（virtual memory）的概念，我一直以為電腦的記憶體是有限的，但作者透過生動的比喻，讓我明白其實電腦可以「變魔術」，巧妙地運用硬碟空間來模擬更大的記憶體。這本書讓我對電腦的內部運作有瞭更深刻的認識，也讓我對未來的科技發展有瞭更多美好的想像。它不隻是一本教科書，更像是一位睿智的嚮導，帶領我探索計算機世界的奇妙之旅。

评分☆☆☆☆☆

身為一個在軟體開發領域摸爬滾打多年的老兵，我讀過不少與計算機科學相關的書籍，但《計算機結構》這本卻是我近期讀過最令人驚艷的一本。它並沒有選擇從高層次的軟體演算法切入，而是毅然決然地紮根於最底層的硬體架構，這點就已經讓我佩服不已。作者的功力體現在，他能夠將極其複雜的硬件概念，諸如流水線（pipelining）的原理、分支預測（branch prediction）的技巧、記憶體階層（memory hierarchy）的設計考量，都用一種既嚴謹又不失趣味的方式呈現齣來。我尤其喜歡他在解釋指令級並行（instruction-level parallelism）時，那細膩的筆觸，讓我得以窺見CPU內部那高速運轉的奧秘，彷彿能聽到它在執行指令時發齣的「哢噠哢噠」聲響。書中對於效能評估和優化的一些探討，更是讓我受益匪淺。他並沒有直接給齣「最佳」的解決方案，而是引導讀者去思考不同的設計權衡（trade-offs），以及如何在特定應用場景下做齣最適閤的選擇。這對於我這種需要在現實專案中做齣決策的開發者來說，提供瞭非常寶貴的思維模式。雖然書中有不少關於硬體細節的描述，但作者總能巧妙地將這些與軟體效能的關聯性連結起來，讓我深刻體會到「硬體是軟體的基礎」這句話的真諦。

评分☆☆☆☆☆

從事多年的IT基礎設施維護工作，我常常在思考，為什麼有些服務器反應如此迅速，而有些卻遲滯不前？《計算機結構》這本書，可說是為我揭開瞭這層神秘的麵紗。作者並沒有隻停留在高層次的係統調優，而是深入到每一個 CPU 指令的執行過程，以及記憶體存取的細微差別。我特別喜歡他關於指令流水線（instruction pipeline）如何提高吞吐量（throughput）的詳細闡述，以及他如何分析分支預測（branch prediction）的準確率對整體效能的影響。這讓我對我們日常遇到的各種效能瓶頸有瞭更根本的理解。書中對於不同類型的處理器架構，例如 RISC 和 CISC 的比較，也提供瞭一個很好的視角，讓我明白為什麼在特定應用中，某些架構會更具優勢。此外，作者對記憶體階層（memory hierarchy）的講解，特別是快取（cache）的運作機製，更是讓我恍然大悟。原來，很多時候效能的差異，就藏在 CPU 和主記憶體之間的幾微秒的讀取時間裡。這本書的優點在於，它不僅僅是理論的堆砌，而是將理論與實際應用緊密結閤，讓我能夠將學到的知識，應用到我實際的工作中，去找齣係統瓶頸，優化配置。這絕對是一本值得推薦給所有希望深入理解計算機效能的專業人士的書籍。

评分☆☆☆☆☆

我是一名大學生，主修電子工程，最近為瞭準備期末考，被老師推薦瞭這本《計算機結構》。坦白說，一開始我對這本書有些許的畏懼，畢竟「結構」這個詞聽起來就充滿瞭理論和數據，很容易讓人打瞌睡。但是，當我翻開第一頁，就被作者的寫作風格深深吸引瞭。他並沒有使用那種死闆的教科書式的語言，而是用一種非常貼近生活、甚至帶點幽默感的方式來闡述複雜的計算機原理。舉例來說，他把CPU的快取記憶體（cache）比喻成一個聰明的助手，會在你需要之前就把可能用到的資料預先準備好，這個比喻讓我一下子就明白瞭cache miss的嚴重性，以及cache hit是多麼關鍵。書中關於虛擬記憶體（virtual memory）的解釋也讓我印象深刻，作者用一個很生動的比喻，說明瞭當實體記憶體不足時，作業係統是如何巧妙地利用硬碟空間來「擴充」記憶體的，這讓我對作業係統的底層運作有瞭更清晰的認識。此外，書中提到的 I/O 係統的設計，以及如何透過 DMA（Direct Memory Access）來提高效率，也讓我對電腦如何與外部世界互動有瞭更深的理解。這本書不僅幫助我理解瞭書本上的知識，更激發瞭我對計算機硬體更深入探索的興趣，讓我覺得這門課不再是枯燥的死記硬背，而是一場充滿樂趣的發現之旅。