計算機體系結構學習指導與習題解答

所属分类:計算機組織與體系結構  
出版时间:2010-8   出版时间:卡特(Nicholas Carter)、馬江濤、 等 清華大學出版社 (2010-08出版)   作者:卡特   页数:246   译者:馬江濤  

前言

就計算機體系結構而言,最有意思的一個方面是這個領域變化的速度,可以說是日新月異,為從事這個領域的人們提供了大量機會。然而,對于教授計算機體系結構和組織的教師來說,技術發展迅猛也是巨大的挑戰。與其他許多領域不同的是,每個學期這門課程都要有所變化才能跟上新技術的發展,而且不會讓學生負擔過重。同樣,編寫相關的教材也困難重重,因為作者必須要在新舊技術之間進行權衡。本書考慮到以前接觸過這個領域的讀者的需求,對主題做了精心的選擇。第1∼5章講解計算機組織的大量基本概念,包括性能量度方法、計算機表示數字數據和程序的方式、計算機的不同編程模型,以及基本的處理器設計。第6章和第7章介紹流水線以及指令級並行性,對現代處理器性能而言,這兩種技術非常重要。第8∼10章介紹內存系統設計,包括內存層次結構、Cache以及虛擬內存。第11章講解︰IO系統。第12章介紹多處理器系統,也就是計算機中有多個處理器,以改進性能。希望本書對讀者的學習有幫助。我盡可能清晰地解釋每個主題,同時避免陷入對細枝末節的糾纏。在本書如此短的篇幅,講述計算機體系結構和組織的內容無異于一場挑戰。讀者如果對主題選擇、課後習題以及其他方面有建議和意見,望不吝指教。

内容概要

  內容實用而豐富《計算機體系結構學習指導與習題解答》的最大特點是,通過大量豐富的示例和習題,並給出詳盡的答案解析,讓讀者全面透徹地理解概念,掌握每個知識點。計算機系統結構是計算機及相關學科的專業基礎課程,它強調從總體結構、系統分析這一角度來研究計算機系統,對培養自上而下系統分析和解決、司題的能力以及培養抽象思維能力,有著非常重要的作用《計算機體系結構學習指導與習題解答》共分12章,系統介紹計算機體系結構的基礎知識。

作者简介

作者︰(美國)卡特(Nicholas Carter) 譯者︰馬江濤 等

书籍目录

第1章 概述1.1 本書學習目標1.2 讀者知識背景1.3 本書主要內容1.4 本章目標1.5 技術趨勢1.6 性能量度1.6.1 MIPS1.6.2 CPIIPC1.6.3 基準測試套件1.6.4 幾何平均數與算術平均數1.7 加速比1.8 Amdahl定律1.9 本章小結本章習題與解析第2章 數據表示與計算機算術運算2.1 本章學習目標2.2 從電子信號到位2.3 正整數的二進制表示2.4 正整數的算術運算2.4.1 加法和減法2.4.2 乘法2.4.3 除法2.4.4 上溢或下溢2.5 負整數2.5.1 原碼表示法2.5.2 二進制補碼表示法2.5.3 符號擴展2.6 浮點數2.6.1 非數字與非規格化數2.6.2 浮點數的算術運算2.7 本章小結本章習題與解析第3章 計算機組織3.1 本章學習目標3.2 本章導言3.3 程序程序開發工具3.4 操作系統3.4..1 多道程序設計3.4.2 保護3.4.3 特權模式3.5 計算機組織3.5.1 處理器3.5.2 內存系統3.5.3 IO子系統3.6 本章小結本章習題與解析第4章 編程模型4.1 本章目標4.2 本章導言4.3 指令類型4.3.1 算術操作4.3.2 內存操作4.3.3比較操作4.3.4 控制操作4.4 基于棧的體系結構4.4.1 棧4.4.2 實現棧4.4.3 基于棧的體系結構的指令4.4.4 基于棧的指令集4.4.5 基于棧的體系結構中的程序4.5 通用寄存器體系結構4.5.1 通用寄存器體系結構中的指令4.5.2 GPR指令集4.5.3 通用寄存器體系結構的程序4.6 比較基于棧的體系結構與通用寄存器體系結構4.7 利用棧實現過程調用調用約定4.8 本章小結本章習題與解析第5章 處理器設計5.1 本章目標5.2 本章導言5.3 指令集體系結構5.3.1 比較RISC與CISC5.3.2 尋址方式5.3.3 多媒體向量指令5.3.4 定長指令編碼與變長指令編碼5.4 處理器微體系結構5.4.1 執行單元5.4.2 微程序設計5.4.3 寄存器文件設計5.5 本章小結本章習題與解析第6章 流水線6.1 本章目標6.2 本章導言6.3 流水線6.3.1 流水線處理器的周期時間6.3.2 流水線延時6.4 指令相關及其對吞吐率的影響6.4.1 轉移6.4.2 結構相關6.4.3 記分板6.5 預測流水線處理器的執行時間6.6 結果轉發(旁路)6.7 本章小結本章習題與解析第7章 指令級並行性7.1 本章目標7.2 本章導言7.3 什麼是指令級並行性7.4 指令級並行性的局限性7.5 超標量處理器7.6 順序執行與亂序執行7.6.1 順序執行處理器的執行時間預測7.6.2 亂序執行處理器的執行時間預測7.6.3 亂序執行處理器的實現問題7.7 寄存器重命名7.8 超長指令字處理器超長指令字的利弊7.9 指令級並行性的編譯技術7.9.1 循環展開7.9.2 軟件流水線方法7.10 本章小結本章習題與解析第8章 內存系統8.1 本章目標8.2 本章導言8.3 延時、吞吐率和帶寬流水線、並行性和預充電……第9章 Cache第10章 虛擬內存第11章 輸入輸出第12章 多處理器

章节摘录

插圖︰3.2(1)機器語言與匯編語言之間的區別是什麼?(2)人們認為匯編語言比機器語言更容易編程的原因是什麼?解析(1)機器語言指令是計算機內部表示各種運算的位模式。匯編語言是更易于人們閱讀的機器語言版本,其中的每條指令都表示成能描述指令功能的一個文本字符串。(2)在使用匯編語言編程時,匯編程序負責將匯編語言指令轉換成機器語言指令,而不是由人來進行轉換。通常,與對機器語言指令進行編碼的數字相比,表示匯編語言指令的文本字符串更易懂。此外,由于需要用匯編程序將匯編語言指令轉換成機器語言指令,從而可減少生成每條指令的機器語言表示形式時出錯的可能性。自修改程序3.3目前,自修改程序比它在早期計算機上的應用更少一些,原因何在。解析主要有兩個原因。首先,自修改代碼要比非自修改代碼更難調試,因為執行的程序不同于編寫的程序。計算機速度更快時,與調試難度不斷增大相比,自修改代碼的性能優勢就不那麼重要了。其次,在內存系統設計方面的改進降低了從自修改代碼中獲得的性能改進。比較編譯程序與匯編程序3.4請簡要說明,在程序的執行時問方面,編譯程序質量對使用編譯程序開發的程序的影響,與匯編程序的質量對使用匯編程序開發的程序影響相比,為什麼前者的影響更大?解析通常,匯編語言指令與機器語言指令之間存在著一一對應的關系。匯編程序將每條匯編語言指令轉換成機器語言的表示形式。匯編程序轉換正確時,生成的機器語言程序指令就與匯編語言源程序指令完全相同,只是編碼不同而已。匯編程序並沒有改變程序指令集,所以它對程序執行時間沒有任何影響。對照來看,編譯程序確定匯編語言指令序列,這些指令執行由高級語言程序指定的計算。由于編譯程序為程序創建了匯編語言指令序列,因此編譯程序的質量會對最終程序的執行時間產生很大的影響。質量低劣的編譯程序所創建的程序會做大量多余的工作,運行速度較慢,高質量的編譯程序能消除那些多余的工作,會有較好的性能。

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《計算機體系結構學習指導與習題解答》是由清華大學出版社出版的。

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