具体描述
第一章提供广泛的计算历史概览，指出许多计算系统发展中的里程碑，并且让读者了解我们如何达到目前计算科技的水准。本章介绍必须的专用术语、计算机系统中的基本组件、计算机系统的各种逻辑阶层以及冯纽曼计算机模型。其提供计算机系统的高阶概观，以及进一步研读的动机与必须的观念。
第二章提供计算机用以表示数字与字元符号资讯的各种方法的完整内容。在读者接触到数字基底与典型的数字表示技术如一的补数、二的补数与BCD 之后，接着介绍加减乘除法。另外，还讨论到EBCDIC、ASCII 与统一码这些字元符号表示法。也介绍了定点与浮点表示法。并简短地讨论到数据记录以及错误侦测与更正。数据传输与记录使用的码则说明于「专论」节中。
第三章是典型的数位逻辑介绍以及它如何与布林代数相关。本章涵盖组合与循序两种逻辑的相当细节，以求读者了解如何组成更复杂的MSI（中型积体）电路（譬如解码器）。更复杂的电路如汇流排与记忆体亦均有涵盖。我们将最佳化与卡诺图置于特别的「专论」节中。
第四章说明基本计算机组织并介绍许多基本观念，包括撷取 - 解码 - 执行週期、数据通道、时脉与汇流排、暂存器传递表示法以及CPU。在此介绍一个非常简单的架构MARIE 与它的ISA 来让读者获得程式执行相关的基本架构组织的充分了解。MARIE 是典型冯纽曼设计，包含程式计数器、累加暂存器、指令暂存器、4096 位元组的记忆体与两个定址模式。也介绍组合语言编程来加深之前说明的指令格式、指令模式、数据格式与控制的观念。这不是一本组合语言的课本，也不是设计来作为实用的组合语言编程课程。介绍组合语言的主要目的是要加深一般性计算机架构的了解。我们也提供MARIE 的模拟器以便利组合语言程式在MARIE 架构上的编撰、组译与执行。控制的两种设计方向—硬连线方法以及微程式控制也于本章中介绍并作比较。最后，我们比较Intel 与MIPS 架构来强化本章中各项观念。
第五章提供更深入的指令集架构探讨，包括指令格式、指令型态与定址模式。指令阶层管道化处理也在此介绍。真实世界的ISAs（包括Intel®、MIPS® Technologies、ARM 与JavaTM）也在此介绍来强化本章中介绍的各项观念。
第六章涵盖如 RAM 以及各种记忆体装置等基本记忆体观念，并论及包括快取记忆体与虚拟记忆体等较进阶的观念。本章完整介绍快取中的直接对映、关联式对映与集合关联式对映技术。它也提供页处理与区段处理、TLBs 与各种互相关联的演算法与装置。本章相关的教材与模拟器可于本书网站中取得。
第七章提供详细的 I/O 基础、汇流排通讯与协定以及典型外部储存体装置如磁碟与光碟，还有每一种设备的不同格式等的概论。DMA、程式驱动式I/O与插断亦有介绍。另外也介绍了设备间交换资讯的各种技术。RAID 架构有详细的说明。各种数据压缩格式则可见于「专论」节中。
第八章讨论各种可用的编程工具（譬如编译器与组译器）以及它们与你所使用机器的架构间的关系。本章目的是将程式师对计算机系统的观点与所使用机器真实的硬体和架构结合。另外也介绍作业系统，但是只包括与系统的架构和组织相关的细节（例如资源使用与保护、设陷阱捕捉与插断，以及各种其他的服务）。
第九章提供近年出现的各种不同架构的概观。RISC、Flynn 的分类法、平行处理器、指令阶层平行度、多处理器、互相联结网路、共用记忆体系统、快取一致性，记忆体模型、超纯量机器、神经网路、心跳架构、数据流计算机、量子计算与分散式架构均有论及。我们在本章的主要目的是让读者了解我们并不侷限于冯纽曼架构中，并且要求读者思考效能议题，来为下一章作准备。
第十章涵盖之前各章中不曾提到的嵌入式系统中有意义的观念与主题。尤其是，本章专注于嵌入式硬体与组件、嵌入式系统设计的相关主题、嵌入式软体建构的基础与嵌入式作业系统的特性。
附录 A 是有关资料结构的简短附录，为的是满足学生可能需要简要介绍或复习诸如堆叠、贮列与链结串列等内容的情况。
著者信息
图书目录
第二章 计算机系统中的数据表示法
第三章 布林代数与数位逻辑
第四章 MARIE：一个简单计算机的介绍
第五章 指令集架构的仔细检视
第六章 记忆体
第七章 输入／输出与储存系统
第八章 系统软体
第九章 其他可能架构
第十章 嵌入式系统的议题
附录A 资料结构与计算机
A.1 绪论
A.2 基本的结构
A.3 树
A.4 网路图
部分习题解答与提示
索引
图书序言
图书试读
用户评价
這本《計算機組織與結構 4/e》真的徹底顛覆了我對計算機學習的刻板印象。我一直以為這類課程就是一堆密密麻麻的公式和抽象的概念，但這本書的編排方式非常友善，而且內容講解得相當生動。尤其是在介紹CPU的指令集架構時，作者並沒有直接丟出各種複雜的指令，而是從一個非常簡單的例子入手，比如如何實現一個基本的加法運算，然後逐步引導我們去理解指令的格式、操作碼、操作數等等。這種由淺入深的講解方式，讓我這個初學者也能夠輕鬆跟上節奏，並且對CPU的工作原理產生了濃厚的興趣。 最讓我驚豔的是，這本書在講解數字邏輯和組合電路的部分，用了很多非常貼切的比喻。我之前上課的時候，聽到什麼邏輯門、布爾代數，就覺得很頭大，但作者把這些概念都形象地類比成了生活中的一些簡單事物，比如把AND門比作“兩個條件都滿足才能通過”，把OR門比作“只要有一個條件滿足就可以通過”。通過這些生動的比喻，我竟然真的理解了這些抽象的邏輯概念，並且能夠理解它們是如何組合起來構建出更複雜的計算單元，像是加法器、多路選擇器等。 這本書在處理CPU的內部結構和指令執行流程時，真的做到了事無鉅細。我尤其喜歡它在講解CPU流水線技術時，用了一個非常直觀的圖解，把指令的取指、譯碼、執行、寫回這幾個階段，用不同的顏色和箭頭標示出來，讓我一眼就能看出指令在流水線中是如何一步步向前推進的。而且，它還非常詳細地討論了流水線中可能出現的各種問題，像是數據依賴和控制轉移，並給出了相應的解決方案，這讓我對CPU的效率和性能提升有了更深刻的理解。 我一直覺得，電腦的記憶體和存儲系統是非常重要的，但也很難理解。這本書在这方面的内容写得相当出色，它从最底层的存储单元，到复杂的存储器层次结构，都讲得非常透彻。我尤其喜欢它关于缓存（Cache）的讲解，作者用了很多比喻，像是把缓存比作CPU的“工作台”，而主存则是“仓库”，这样一下子就明白了缓存的作用和重要性。而且，书中还详细介绍了不同缓存策略（如写回、写通）的优缺点，以及它们对性能的影响，这让我对计算机的性能优化有了更深入的了解。 这本书让我真正体会到了，计算机的软件和硬件是如何紧密结合的。在讲解I/O系统时，它不仅仅介绍了各种I/O接口和总线的原理，还详细阐述了中断和DMA（Direct Memory Access）是如何工作的。通过一些实际的例子，比如当打印机完成打印任务时，它是如何通过中断信号通知CPU的，或者当需要从硬盘读取大量数据时，DMA是如何直接将数据传输到内存，而无需CPU的干预。这些内容让我对CPU如何高效地处理外部设备的请求有了全新的认识，也为我后续学习操作系统打下了坚实的基础。
评分我不得不說，這本《計算機組織與結構 4/e》的內容真的讓我耳目一新。在我印象中，計算機組織結構這類課程通常會充斥著大量的術語和晦澀的概念，讓人望而生畏。但這本書卻非常巧妙地將這些複雜的知識點，用一種非常易於理解的方式呈現出來。例如，在講解CPU指令集架構時，作者並沒有直接列出各種指令，而是從CPU如何執行一條簡單的加法指令開始，一步步地引導讀者去理解指令格式、操作碼、尋址方式等概念。這種循序漸進的教學方法，讓我在學習的過程中，始終感到充滿信心，並且能夠真正地掌握知識。 這本書在講解數字邏輯和電路設計的部分，真的幫了我大忙。我之前上這門課的時候，對什麼是組合電路、時序電路一直搞不清楚，總覺得它們很抽象，跟實際的計算機操作相距甚遠。但是，這本書用了很多生動的例子，像是如何設計一個簡單的加法器，如何構建一個計時器，甚至是如何實現一個基本的記憶體單元。通過這些具體的實例，我才真正理解了邏輯門是如何組合起來實現複雜功能的，以及時序電路如何在時鐘信號的驅動下完成狀態的轉換。這讓我對計算機的底層硬件有了更深刻的認識。 對於我來說，學習計算機組織結構最頭痛的部分就是理解指令集和處理器執行的細節。這本書在這方面做得非常出色，它詳細地介紹了RISC和CISC指令集的差異，以及它們各自的優缺點。更重要的是，它深入剖析了CPU的流水線工作原理，通過形象的比喻，例如將CPU的工作比作工廠裡的生產線，讓我對指令的取指、解碼、執行、寫回等各個階段有了非常清晰的認識。同時，它還探討了流水線中可能出現的各種問題，例如數據冒險和控制冒險，並提出了相應的解決方案，這讓我對CPU的效率提升有了更深的理解。 這本書在介紹存儲器層級結構的部分，絕對是我的啟蒙。我之前總覺得電腦的記憶體就是一個統一的整體，但讀完這本書我才知道，原來電腦的存儲系統是由多個層級組成的，從速度最快的寄存器、緩存，到速度較慢的主存，再到速度最慢的硬盤。作者用了很多貼切的比喻，比如把緩存比作CPU桌子上的文件，而主存則是辦公室裡的檔案櫃，這樣就很容易理解為什麼緩存能夠顯著提高CPU的訪問速度。而且，它還詳細介紹了各種緩存替換算法，以及它們對性能的影響，這讓我對計算機的性能優化有了更深入的了解。 老實說，我之前對操作系統底層是如何與硬件交互一直感到好奇。這本《計算機組織與結構 4/e》正好滿足了我的這個好奇心。它詳細講解了I/O系統，包括各種I/O接口、總線的類型和工作原理。我尤其對中斷和DMA（Direct Memory Access）的部分印象深刻，作者通過生動的例子，例如印表機的列印完成和硬碟的數據讀取，讓我理解了中斷和DMA是如何提高CPU的效率，減少CPU在I/O操作中的等待時間。這讓我對操作系統和硬件之間的緊密聯繫有了全新的認識，也為我後續學習操作系統打下了堅實的基礎。
评分哇，这本《计算机组织与结构 4/e》简直是我的救星！之前上课的时候，老师讲到 CPU 的流水线、存储器层级还有 I/O 接口的部分，我听得云里雾里的，感觉像是听天书一样。尤其是那个指令集架构，我一直搞不清楚到底是怎麼回事，什么 RISC、CISC 差异在哪裡，硬是背不下来。这本教科书的讲解方式真的太棒了！作者用了很多很形象的比喻，像是把 CPU 的各个部件比作工厂裡的生產線，一步一步地说明指令是如何被分解、执行的。而且，它还很贴心地附上了很多图表，那些图表不是那种枯燥的流程图，而是非常清晰地展示了数据在不同部件之间流动的路径，让我瞬间就明白了那些抽象的概念。 说真的，我之前对计算机底层运作原理一直没有太多感觉，觉得那部分很枯燥，离我们平时用电脑打游戏、上网差太远了。但这本书真的改变了我的看法！它让我知道，我们每天使用的电脑，背后其实隐藏着如此精巧的设计和复杂的逻辑。尤其是在讲到缓存一致性问题的时候，作者并没有直接丢出学术术语，而是先从一个简单的多处理器场景入手，一点点地引出为什么需要缓存一致性协议，以及各种协议的优缺点。读完这部分，我才真正体会到，原来要让多颗 CPU 协同工作，并且保证数据的一致性，是多么不容易的一件事。书里的一些小例子，像是多台收银机同时更新库存，就很好地说明了这个问题，读起来一点也不费劲。 这本书最让我印象深刻的，就是它在讲解一些比较底层的概念时，并没有回避实际的应用场景。比如，在介绍虚拟存储器的时候，它不仅仅解释了页表、段页式管理是怎么一回事，还特别强调了虚拟存储器对于操作系统实现多任务处理和保护内存空间的重要性。它让我明白，我们之所以能在电脑上同时打开好几个程序，而且每个程序都不会互相干扰，背后就是虚拟存储器在默默地工作。而且，书里还举了一些实际的例子，比如程序崩潰的時候，操作系统是怎么利用虚拟存储器的机制来隔离错误的，这些都让我觉得书本知识离现实生活非常近。 坦白说，我刚开始拿到这本书的时候，觉得它看起来有点厚重，担心会很难读。但读了几章之后，我发现我的担心是多余的。作者的文笔非常流畅，而且善于引导读者思考。举个例子，在讲到中断处理的时候，它并没有直接给出一堆代码，而是先提出一个问题：“当你的鼠标移动或者键盘敲击时，CPU 是怎麼知道的？” 然后一步步地讲解中断请求、中断向量表、中断服务程序的概念。这种问答式的讲解方式，让我感觉像是在跟老师一对一地交流，很容易就能跟着作者的思路走，并且主动去思考其中的原理。 我一直觉得，计算机科学的学习，如果只停留在软件层面，是远远不够的。这本《计算机组织与结构 4/e》恰恰弥补了这一点。它让我看到了计算机硬件的“灵魂”，明白了很多软件设计背后的硬件逻辑。特别是在讲到指令集设计的时候，它让我理解了为什么有些指令集会比其他指令集更有效率，以及这些设计决策对整体性能有什么影响。书里还讨论了一些现代计算机体系结构的发展趋势，比如多核处理器、GPU 的并行计算能力，这让我对计算机技术未来的发展有了更深的认识。感觉读完这本书，我能更好地理解各种计算机硬件产品的技术参数，也能更深入地分析性能瓶颈所在。
评分这本书的编排方式真的蛮有意思的，不会让你觉得一下子要吸收太多东西。一开始它会从最基础的二进制表示法、逻辑门开始讲起，然后循序渐进地深入到组合逻辑和时序逻辑电路的设计。我之前对数字逻辑的概念一直有点模糊，觉得那东西离我们太远，但这本书通过大量的实例，像是加法器、译码器、计数器这些，一步步地让我理解了它们是如何构成更复杂的电路的。尤其是在讲到状态机的时候，作者用了很生动的例子，比如模拟一个交通信号灯的控制逻辑，让我一下子就抓住了状态机设计的核心思想，感觉不再是死记硬背了。 说真的，我一直觉得计算机体系结构这种东西，好像离我平时用电脑打游戏、写报告的日常太遥远了。但这本书却用一种非常贴近的方式，让我了解了计算机的“内在”。尤其是它在讲到CPU的指令执行过程时，用了很多很形象的比喻，比如把CPU比作一个指挥官，而指令就像是士兵们收到的命令，一步步地执行。它还很详细地解释了指令的取指、译码、执行、写回等各个阶段，让我第一次真正理解了CPU到底是怎么工作的。而且，书中还加入了很多与实际硬件相关的讨论，比如不同类型的存储器（RAM, ROM, Flash）的特性和应用场景，让我对电脑的整体构造有了更清晰的认识。 我一直对计算机的内存和存储系统很感兴趣，总觉得里面有很多学问。这本书在这方面的内容写得相当扎实，从最底层的存储单元，到复杂的存储器层次结构，都讲得很透彻。我尤其喜欢它关于缓存（Cache）的部分，作者用了很多比喻，比如把缓存比作CPU的“工作台”，而主存就像是“仓库”，这样一下子就明白了缓存的作用和重要性。而且，书中还详细介绍了不同缓存策略（如写回、写通）的优缺点，以及它们对性能的影响。读完这部分，我才真正明白，为什么同样配置的电脑，在实际使用中会有不同的速度表现，很多时候都跟缓存的效率有关。 这本《计算机组织与结构 4/e》对我来说，最棒的地方在于它能把那些看起来很抽象的计算机原理，用一种非常直观、易懂的方式呈现出来。作者在讲解CPU流水线技术的时候，就用了一个非常经典的“披萨制作”的比喻，把流水线上的每一个工序都对应到了CPU的指令执行阶段，这样一来，就很容易理解流水线的加速原理，以及它可能带来的问题，比如数据冒险和控制冒险。这种将复杂的概念“生活化”的处理方式，让我这个计算机系的“小白”也能轻松入门，并且产生浓厚的学习兴趣。 我一直觉得，要真正理解计算机，就不能只停留在软件层面，必须深入到硬件的原理。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅讲解了CPU内部的组成，比如ALU、寄存器、控制单元，还详细介绍了I/O系统，包括各种接口和总线。我尤其印象深刻的是关于中断和DMA（Direct Memory Access）的部分，作者通过实际例子，比如打印机发出打印完成的信号，或者硬盘传输大量数据，让我理解了中断和DMA是如何提高CPU的效率，避免CPU被不必要的I/O操作所占用。这种对底层机制的深入剖析，让我对计算机的整体运作有了全新的认识。
评分我真的覺得這本《計算機組織與結構 4/e》太實用了！在我過去的學習經驗裡，這類課程往往比較理論化，跟實際應用總是隔著一層。但這本書真的不一樣，它用非常平易近人的語言，把那些複雜的計算機底層原理，一點點地展現在我面前。像是CPU的指令集架構，我之前總覺得是個很高深的概念，但書裡透過很多具體的範例，一步步地解釋了指令是如何被編碼、解碼，以及CPU如何執行這些指令，讓我感覺像是親手在操作一樣。 這本書在講解數字電路和邏輯門的部分，真的非常有啟發性。我之前對這些概念總是模模糊糊的，覺得它們離我太遙遠。但作者用了很多生活化的例子，例如用燈泡的開關來比喻邏輯門，用簡單的組合來實現不同的功能。讓我一下子就理解了，原來電腦裡的所有運算，都是建立在這些最基本的邏輯門之上的。而且，它還很詳細地介紹了組合電路和時序電路，讓我對CPU如何進行數據處理和狀態轉換有了更深的認識。 這本書最讓我印象深刻的是，它對CPU的流水線技術的講解。作者並沒有直接丟出一個複雜的流程圖，而是先從一個簡單的例子入手，比如人如何同時做多件事情，然後逐漸引入CPU流水線的概念，一步步地解釋了指令在流水線中是如何同時執行的，以及這樣做的好處。同時，它還很細緻地探討了流水線中可能出現的各種問題，像是資料衝突和控制衝突，以及相應的解決方案，這讓我對CPU的效率和效能提升有了更深入的理解。 我之前一直對電腦的記憶體和儲存系統感到很好奇，覺得裡面有很多學問。這本書在這方面的內容寫得非常紮實，從最底層的儲存單元，到複雜的儲存器層級結構，都講得很透徹。我尤其喜歡它關於快取（Cache）的講解，作者用了很多生動的比喻，比如把快取比作CPU的“工作臺”，而主記憶體則是“倉庫”，這樣一下子就明白了快取的作用和重要性。而且，書裡還詳細介紹了各種快取策略，以及它們對效能的影響，這讓我對電腦的效能優化有了更深的理解。 這本書讓我覺得，原來計算機的硬體和軟體之間的聯繫是如此緊密。在介紹I/O系統時，它不僅僅講解了各種I/O介面和匯流排的原理，還詳細闡述了中斷和DMA（Direct Memory Access）是如何工作的。透過一些實際的例子，比如當印表機完成列印任務時，它是如何透過中斷信號通知CPU的，或者當需要從硬碟讀取大量資料時，DMA是如何直接將資料傳輸到記憶體，而無需CPU的干預。這些內容讓我對CPU如何高效地處理外部設備的請求有了全新的認識，也為我後續學習作業系統打下了堅實的基礎。
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