本書涵蓋計算機結構中所有核心主題，每一主題基礎理論與實際設計並重，且將計算機結構與其他計算機係統設計領域之聯係，闡述得淋灕盡緻！精選的章尾習題更有助於讀者深入瞭解所涵蓋的內容。本書內容包含七大部份：背景與緣起、指令集架構、算數∕邏輯單元、資料路徑與控製、記憶體係統設計、輸入/輸齣與介麵及進階架構，涵蓋瞭計算機結構中所有的核心主題，提供讀者對此領域一個平衡且完備的觀點。本書適用於大學、科大電子、資工係「計算機組織」、「計算機結構」之課程。

本書特色

1 . 涵蓋計算機結構中所有核心主題，每一主題基礎理論與實際設計並重。
2 . 將計算機結構與其他計算機係統設計領域之聯係，闡述得淋灕盡緻。
3 . 每章的內容均設計為具有承先啓後功能的單元，便於教學。
4 . 精選的章尾習題有助於深入瞭解所涵蓋的內容。
5 . 全書中所用的符號錶示與專業術語均保持一緻。

PART 1 背景與緣起
1.   組閤數位電路 3
1.1　訊號、邏輯操作、邏輯閘 3
1.2　布林函數及運算式 6
1.3　設計邏輯閘電路係統 8
1.4　有用的組閤部件 11
1.5　可程式化的組閤部件 13
1.6　時間與電路考量 15
習　題 17
參考書目與進階讀物 20
2. 擁有記憶能力的數位電路 21
2.1　閂鎖、正反器、暫存器 21
2.2　有限狀態機 23
2.3　設計序嚮電路 25
2.4　有用的序嚮部件 27
2.5　可程式化的序嚮部件 30
2.6　事件的時脈與時間 31
習　題 33
參考書目與進階讀物 36
3. 計算機係統技術 37
3.1　從組件到應用 38
3.2　計算機係統與其部件 40
3.3　世代的進展 43
3.4　處理器與記憶體技術 47
3.5　周邊、I/O、通訊 49
3.6　軟體係統與應用程式 52
習　題 53
參考書目與進階讀物 55
4. 計算機效能 57
4.1　成本、效能、與成本∕效能 57
4.2　定義計算機效能 60
4.3　效能增益與Amdahl定律 63
4.4　效能度量vs效能模型 65
4.5　計算機效能報告 70
4.6　更高效能的探索 72
習　題 74
參考書目與進階讀物 77

PART 2 指令集架構
5. 指令與定址 81
5.1　硬體的抽象觀點 81
5.2　指令格式 84
5.3　簡單的算數與邏輯指令 87
5.4?載入與儲存指令 88
5.5　跳躍與分支指令 90
5.6　定址模式 94
習　題 97
參考書目與進階讀物 99
6. 程序與資料 101
6.1　簡單的程序呼叫 101
6.2　使用堆疊來儲存資料 104
6.3　參數與運算結果 106
6.4　資料型彆 108
6.5　陣列與指標 111
6.6　其他的指令 115
習　題 119
參考書目與進階讀物 121
7. 組閤語言程式 123
7.1　機器與組閤語言 123
7.2　組譯器命令 125
7.3　假指令 128
7.4　巨集指令 130
7.5　連結與載入 132
7.6　執行組譯器程式 133
習　題 136
參考書目與進階讀物 138
8. 指令集的各種樣貌 139
8.1　復雜指令 140
8.2　其他的定址模式 141
8.3　指令格式的各種型態 145
8.4　指令集設計與演進 146
8.5　RISC/CISC的分野 148
8.6 界綫要畫在哪 150
習　題 153
參考書目與進階讀物 155

PART 3 算數∕邏輯單元
9. 數字錶示法 159
9.1　進位係統 159
9.2　數字集閤與編碼 162
9.3　數字進位轉換 165
9.4　有號整數 166
9.5　定點數 169
9.6　浮點數 171
習　題 173
參考書目與進階讀物 176
10. 加法器與簡單的ALU 177
10.1　簡單的加法器 177
10.2　進位傳遞網路 179
10.3　計數與遞增 182
10.4　設計快速的加法器 183
10.5　邏輯與位移操作 186
10.6　多功能的ALU 189
習　題 191
參考書目與進階讀物 194
11. 乘法器與除法器 195
11.1　位移-加法乘法 196
11.2　硬體乘法器 199
11.3　用程式撰寫乘法 201
11.4　位移-減法除法 204
11.5　硬體除法器 207
11.6　用程式撰寫除法 210
習　題 212
參考書目與進階讀物 215
12. 浮點數算數 217
12.1　捨入模式 217
12.2　特殊值與例外 221
12.3　浮點數加法 224
12.4　其他的浮點數操作 226
12.5　浮點數指令 227
12.6　運算結果的精確度與誤差 231
習　題 234
參考書目與進階讀物 237

PART 4 資料路徑與控製
13. 指令執行步驟 241
13.1　一個小型的指令集閤 242
13.2　指令執行單元 244
13.3　單週期的資料路徑 245
13.4　分支與跳躍 247
13.5　産生控製訊號 247
13.6　單週期設計的效能 250
習　題 252
參考書目與進階讀物 254
14. 控製單元構成 255
14.1　多週期的實作 256
14.2　時脈週期與控製訊號 258
14.3　控製狀態機 260
14.4　多週期設計的效能 262
14.5　微程式設計 264
14.6　例外處理 267
習　題 269
參考書目與進階讀物 271
15. 管綫化的資料路徑 273
15.1　管綫化的概念 274
15.2　管綫推遲或氣泡 276
15.3　管綫時脈與效能 279
15.4　管綫化資料路徑設計 282
15.5　管綫化控製 284
15.6　最佳化管綫 285
習　題 288
參考書目與進階讀物 290
16. 管綫效能的限製 291
16.1　資料相依與危障 291
16.2　資料轉送 294
16.3　管綫分支危障 296
16.4　分支預測 297
16.5　進階管綫化 299
16.6　管綫中的例外 302
習　題 303
參考書目與進階讀物 306

PART 5 記憶體係統設計
17 主記憶體的概念 309
17.1　記憶體結構與SRAM 309
17.2　DRAM與更新週期 312
17.3　記憶體屏障 315
17.4　管綫化與交錯式記憶體 317
17.5　非揮發性記憶體 319
17.6　記憶體階層的需求 320
習　題 323
參考書目與進階讀物 325
18. 快取記憶體的組織 327
18.1　快取的需求 327
18.2　是什麼讓快取運作？ 330
18.3　直接映射的快取 332
18.4　集閤關連式快取 334
18.5　快取與主記憶體 336
18.6　改善快取效能 338
習　題 340
參考書目與進階讀物 343
19. 巨量記憶體的概念 345
19.1?磁碟記憶體的基礎概念 346
19.2　磁碟上的資料組織 348
19.3　磁碟效能 351
19.4　磁碟快取 352
19.5　磁碟陣列與RAID 353
19.6　其他種類的巨量記憶體 357
習　題 359
參考書目與進階讀物 362
20. 虛擬記憶體與分頁 363
20.1　虛擬記憶體的需求 364
20.2　虛擬記憶體中的位址轉譯 365
20.3　轉譯備用緩衝區 368
20.4　分頁置換策略 371
20.5　主記憶體與巨量記憶體 374
20.6　改善虛擬記憶體效能 375
習　題 378
參考書目與進階讀物 380

PART 6 輸入/輸齣與介麵
21. 輸入/輸齣裝置 383
21.1　輸入/輸齣裝置及其控製器 383
21.2　鍵盤與滑鼠 385
21.3　視覺顯示單元 387
21.4　硬復製輸入/輸齣裝置 390
21.5　其他輸入/輸齣裝置 394
21.6　輸入/輸齣裝置的網路 396
習　題 398
參考書目與進階讀物 401
22. 輸入/輸齣規劃 403
22.1　I/O效能與評估標準 403
22.2　輸入/輸齣的定址 405
22.3　排程式的I/O：輪詢機製 408
22.4　需求導嚮式的I/O：中斷機製 409
22.5　I/O資料傳輸與DMA 410
22.6　提升I/O的效能 413
習　題 417
參考書目與進階讀物 420
23. 匯流排、連結、介麵 423
23.1　係統內與係統間連結 423
23.2　匯流排與其吸引力 427
23.3　匯流排通訊協定 429
23.4　匯流排仲裁與效能 431
23.5　介麵連接的基礎概念 434
23.6　介麵連接標準 435
習　題 438
參考書目與進階讀物 441
24. 工作區切換與中斷 443
24.1　進行I/O的係統呼叫 443
24.2　中斷、例外、與陷阱 445
24.3　簡單的中斷處理 447
24.4　巢狀中斷 450
24.5　工作區切換的種類 451
24.6　執行緒與多緒執行 454
習　題 455
參考書目與進階讀物 457

PART 7 進階架構
25. 邁嚮高效能之路 461
25.1　過往與現今的效能趨勢 461
25.2　效能導嚮的ISA擴充 464
25.3　指令層級的平行化 467
25.4　測度與數值預測 470
25.5　特殊用途硬體加速器 473
25.6　嚮量、陣列與平行處理 475
習　題 478
參考書目與進階讀物 481
26. 嚮量與陣列處理 483
26.1　嚮量上的操作 484
26.2　嚮量處理器實作 486
26.3　嚮量處理器的效能 490
26.4　共用控製係統 492
26.5　陣列處理器實作 493
26.6　陣列處理器效能 495
習　題 496
參考書目與進階讀物 499
27. 共用記憶體多重處理 501
27.1　集中式共用記憶體 501
27.2　多重快取與快取統一性 505
27.3　實作對稱式多處理器 507
27.4　分散式共用記憶體 510
27.5　指引資料存取的目錄 512
27.6　實作非對稱式多處理器 514
習　題 516
參考書目與進階讀物 519
28. 分散式多重運算 521
28.1　透過訊息傳遞的通訊 521
28.2　互連網路 525
28.3　訊息構成與繞送 527
28.4　建造並使用多重計算機 530
28.5　以網路為基礎的分散式運算 532
28.6　網格運算與前景 534
習　題 536
參考書目與進階讀物 539