计算机组成与体系结构：性能设计（英文版·原书第11版）

本书是计算机组成与体系结构方面的经典教材，主要特色体现在三个方面：一是尽可能清晰、完整地展示现代计算机系统的本质和特征；二是凝练出计算机组成与体系结构中的基础性知识并进行深入讨论，同时将这些知识与当代计算机的设计问题联系起来；三是关注计算机系统的性能特征，介绍如何从设计的角度实现高性能。 要了解当代计算机系统的设计原则和实现问题，仅介绍概念或理论是不够的，因此本书以Intel x86和ARM这两个代表性的处理器系列为例，深入讨论计算机组成与体系结构的概念及实际设计中的考虑和选择。

本书以市场上主流的处理器系列为例，深入讨论了计算机组成与体系结构的基本原理和概念，包括计算机系统、运算、CPU、指令集和汇编语言、并行处理等，并讨论了如何将它们运用到当代计算机系统设计的问题中。本书作者有丰富的教学和教材编写经验，在编写上内容体系合理、讲解深入浅出、教学资源丰富。同时，本书根据技术的发展，增加了对并行结构、RISC-V等内容的介绍，使读者能够了解当前计算机架构的新变化和新发展。 本书适合作为高校计算机及相关专业作为计算机组成与体系结构相关课程的教材，也适合作为技术人员的参考书。

目    录<br />前言<br />作者简介<br />第一部分  概述<br />第1章  基本概念与计算机演化  1<br />1.1  组成与体系结构  2<br />1.2  功能和结构  3<br />1.3  IAS计算机  11<br />1.4  逻辑门、存储器位元、芯片和<br />    多芯片模块  17<br />1.5  Intel x86体系结构的演化  23<br />1.6  嵌入式系统  24<br />1.7  ARM体系结构  29<br />1.8  关键词、思考题和习题  34<br />第2章  性能问题  37<br />2.1  性能设计  38<br />2.2  多核、MIC和GPGPU  44<br />2.3  阿姆达尔定律和利特尔法则  45<br />2.4  计算机性能的基本指标  48<br />2.5  计算平均值  51<br />2.6  基准测试和SPEC  59<br />2.7  关键词、思考题和习题  66<br />第二部分  计算机系统 <br />第3章  计算机功能和互连的顶层视图72<br />3.1  计算机的部件  73<br />3.2  计算机的功能  75<br />3.3  互连结构  90<br />3.4  总线互连  92<br />3.5  点对点互连  94<br />3.6  PCIe  99<br />3.7  关键词、思考题和习题  107<br />第4章  存储器层次结构：<br />    局部性和性能 112<br />4.1  局部性原理  113<br />4.2  存储系统的特性  118<br />4.3  存储器层次结构  121<br />4.4  多级存储器层次结构的性能建模  128<br />4.5  关键词、思考题和习题  135<br />第5章  cache存储器  138<br />5.1  cache存储器的原理  139<br />5.2  cache的设计要素  143<br />5.3  Intel x86的cache组织  165<br />5.4  IBM z13的cache组织  168<br />5.5  cache的性能模型  169<br />5.6  关键词、思考题和习题  173<br /> 第6章  内部存储器  177<br />6.1  半导体主存储器  178<br />6.2  纠错  187<br />6.3  DDR DRAM  192<br />6.4  eDRAM  197<br />6.5  闪存  199<br />6.6  较新的非易失性固态存储器技术 202<br />6.7  关键词、思考题和习题  205<br />第7章  外部存储器  210<br />7.1  磁盘  211<br />7.2  RAID  221<br />7.3  固态硬盘  231<br />7.4  光存储器  234<br />7.5  磁带  240<br />7.6  关键词、思考题和习题  242<br />第8章  输入/输出  245<br />8.1  外部设备  247<br />8.2  I/O模块  249<br />8.3  编程式I/O  252<br />8.4  中断驱动式I/O  256<br />8.5  DMA  265<br />8.6  DCA  271<br />8.7  I/O通道和处理器  278<br />8.8  外部互连标准  280<br />8.9  IBM z13 I/O结构  283<br />8.10  关键词、思考题和习题  287<br />第9章  操作系统支持  291<br />9.1  操作系统概述  292<br />9.2  调度  303<br />9.3  存储器管理  309<br />9.4  Intel x86存储器管理  320<br />9.5  ARM存储器管理  325<br />9.6  关键词、思考题和习题  330<br />第三部分  算术与逻辑<br />第10章  数字系统  334<br />10.1  十进制系统  335<br />10.2  按位记数制系统  336<br />10.3  二进制系统  337<br />10.4  二进制数与十进制数的转换  337<br />10.5  十六进制表示法  340<br />10.6  关键词和习题  342<br />第11章  计算机算术运算  344<br />11.1  算术逻辑单元  345<br />11.2  整数表示  346<br />11.3  整数算术运算  351<br />11.4  浮点表示  366<br />11.5  浮点算术运算  374<br />11.6  关键词、思考题和习题  383<br />第12章  数字逻辑  388<br />12.1  布尔代数  389<br />12.2  门  394<br />12.3  组合电路  396<br />12.4  时序电路  414<br />12.5  可编程逻辑器件  423<br />12.6  关键词和习题  428<br />第四部分  指令集与汇编语言<br />第13章  指令集：特征和功能  432<br />13.1  机器指令特征  433<br />13.2  操作数类型  440<br />13.3  Intel x86和ARM数据类型  442<br />13.4  操作类型  445<br />13.5  Intel x86和ARM操作类型  458<br />13.6  关键词、思考题和习题  466<br />本章附录  小端、大端和双端  472<br />第14章  指令集：寻址方式和<br />    指令格式  476<br />14.1  寻址方式  477<br />14.2  x86和ARM寻址方式  483<br />14.3  指令格式  489<br />14.4  x86和ARM指令格式  497<br />14.5  关键词、思考题和习题  502<br />第15章  汇编语言及相关主题  506<br />15.1  汇编语言概念  507<br />15.2  运用汇编语言编程的动机  510<br />15.3  汇编语言元素  512<br />15.4  示例  518<br />15.5  汇编器的类型  523<br />15.6  汇编器  523<br />15.7  装载和链接  526<br />15.8  关键词、思考题和习题  533<br />第五部分  CPU<br />第16章  CPU的结构和功能  537<br />16.1  CPU组成  538<br />16.2  寄存器组成  539<br />16.3  指令周期  545<br />16.4  指令流水线技术  548<br />16.5  用于流水线的处理器结构  566<br />16.6  x86系列处理器  568<br />16.7  ARM处理器  575<br />16.8  关键词、思考题和习题  581<br />第17章  精简指令集计算机  586<br />17.1  指令执行特征  588<br />17.2  大寄存器组方案的使用  593<br />17.3  基于编译器的寄存器优化  598<br />17.4  精简指令集体系结构  600<br />17.5  RISC流水线技术  606<br />17.6  MIPS R4000  610<br />17.7  SPARC  616<br />17.8  用于流水线的处理器结构  621<br />17.9   CISC、RISC和当代系统  623<br />17.10  关键词、思考题和习题  625<br />第18章  指令级并行性和超标量<br />     处理器  629<br />18.1  概述  630<br />18.2  设计考虑  637<br />18.3  Intel Core微体系结构  646<br />18.4  ARM Cortex-A8  652<br />18.5  ARM Cortex-M3  658<br />18.6  关键词、思考题和习题  663<br />第19章  控制器操作和微程序控制  669<br />19.1  微操作  670<br />19.2  处理器控制  676<br />19.3  硬布线实现  686<br />19.4  微程序控制  689<br />19.5  关键词、思考题和习题  698<br />第六部分  并行组织<br />第20章  并行处理  701<br />20.1  多处理器组织  703<br />20.2  对称多处理器  705<br />20.3  cache一致性与MESI协议  709<br />20.4  多线程与片上多处理器  718<br />20.5  集群  723<br />20.6  非均匀存储器访问  726<br />20.7  关键词、思考题和习题  730<br />第21章  多核计算机  736<br />21.1  硬件性能问题  737<br />21.2  软件性能问题  740<br />21.3  多核组织结构  745<br />21.4  异构多核组织  747<br />21.5  Intel Core i7-5960X  756<br />21.6  ARM Cortex-A15 MPCore  757<br />21.7  IBM z13大型机  762<br />21.8  关键词、思考题和习题  765<br />附录<br />附录A  系统总线 768<br />附录B  victim cache策略 777<br />附录C  交叉存储器  782<br />附录D  国际参考字母表 785<br />附录E  栈 788<br />附录F  递归程序 795<br />附录G  对指令流水线主题的补充 807<br />术语表  826<br />参考文献 835