计算机组成与系统结构袁春风第二版教材电子书PDF|百度网盘下载

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《计算机组成与系统结构（第二版）/21世纪本科计算机专业系列教材》内容详实、概念清晰、通俗易懂、实例丰富，提供了丰富的读者练习的典型练习数量。本书可作为计算机专业本科生或大学生计算机组成原理和系统结构课程的教材，也可作为相关专业研究生或计算机技术人员的参考书。

前言

计算机组织（computer organization）是指计算机主要功能部件之间的组成结构、逻辑设计和互连关系。计算机体系结构的经典定义是指程序员（主要是低级语言程序员或编译器设计者）所看到的计算机系统的属性，即计算机的功能特征和概念结构，也称为指令。集合架构（Instruction Set Architecture，ISA），包括数据类型和数据格式、指令格式、寻址方式和可访问空间大小、程序可访问的寄存器个数、位数和个数、控制寄存器的定义、I /O空间的寻址方式、中断结构、机器工作状态的定义与切换、输入输出数据传输方式、存储保护方式等。

本书主要介绍计算机组成和系统结构所涉及的相关内容。在计算机系统层次结构中，这些内容位于软件和硬件的结合处，不仅涉及计算机硬件设计和指令系统设计，还涉及操作系统、编译器、程序设计等一些软件设计技术，是计算机软件设计的核心。整个计算机系统。部分。

1、本书的写作思路和内容组织

计算机组成和系统结构两部分所涉及的内容是一体的，密不可分的。无论是国内外，很多高校都逐渐将计算机作文原理和系统结构课程的内容有机地结合起来；甚至一些国外的经典教材也整合了与之密切相关的软件设计内容。该方法可以加深读者对计算机软硬件系统的全面了解，有效增强学生计算机系统设计能力的培养。

本书在总结借鉴国外著名大学的教材、教案、教学理念和教学方法的基础上，力求“培养学生现代计算机系统设计能力”为目标，贯彻落实“从编程的角度，强调“软硬件联合协作，以CPU设计为核心”的组织思路，试图改变国内同类教材中软硬件分离的传统内容组织方式，从系统的角度全面介绍了计算机的组成和系统结构。相关知识和技术。

为了体现以上目标和思想，本书重点从以下几个方面进行了内容整理：

(1)首先，按照“高级语言程序→汇编语言程序→机器指令序列→控制信号”的路线，程序从程序设计、转换、翻译到最终运行的全过程显示 CPU；从计算机系统层次的角度，阐述了计算机组成和系统结构课程在整个计算机系统中的位置、内容和作用，为清楚地认识本课程的内容和作用以及理解本课程的内容和作用奠定了基础。总体建立计算机软硬件系统的总体概念。

(2)将指令执行过程与异常、中断、存储访问、I/O访问等重要概念和技术结合起来，尽量解释清楚硬件和操作系统之间的相互切换和协同工作。 CPU执行指令。处理过程使读者深入了解软硬件系统之间的关系和协同工作过程。

(3)在描述与编程密切相关的架构内容（如数据表示、信息存储、操作数寻址、过程调用、程序访问局部性等）时，对两者关系的描述可以让读者树立“从程序员的角度理解计算机硬件系统设计，从硬件设计的角度理解程序设计与执行”的思想，努力提高读者的硬件设计能力。系统编程的能力。

(4)在国内《计算机组成原理》教材传统内容的基础上，增加指令流水线设计的细节，按照“最简单的IAS计算机CPU→总线型CPU→单周期CPU →多周期CPU→基本流水线CPU→动态超标量超流水线CPU”，以MIPS处理器和奔腾4处理器为基础，逐步介绍CPU设计技术及其开发过程，力求让读者全面深入地掌握现代计算机的CPU设计技术。

(5)结合指令流水线技术，介绍基于流水线的编译优化技术，使读者对编译技术与指令流水线实现技术的密切关系有一定的了解和认识。

关于作者

袁春峰，南京大学计算机科学与技术系教授。 1984年和1987年分别获得南京大学计算机科学与技术系理学学士学位和工程硕士学位。毕业后一直在南京大学任教至今。主要研究领域为大数据并行处理、云计算、Web信息检索和文本挖掘技术。在相关领域承担科研项目30余项，发表论文80余篇，获江苏省科技进步二等奖2项，江苏省优秀软件奖一等奖1项。编着出版《计算机组成与系统结构》（“十一五”、“十二五”国家规划教材、江苏省优秀教材）、《计算机系统基础》（“十二五”）江苏省重点建设教材）等。有计算机专业教材6部，曾获教育部优秀教材二等奖。从事《计算机作文原理》、《计算机作文与系统结构》课程教学25年。 《计算机组成原理》主管课程为教育部-微软精品课程、国家远程教育精品课程和国家精品资源共享库课程。主讲的《计算机组成与系统结构》课程为江苏省精品课程，课程网站获得江苏省优秀多媒体教学课件特别奖。

各章主要内容

本书共有9章。各章主要内容如下：

第一章（计算机系统概述）主要介绍冯诺依曼结构的特点、计算机硬件的基本组成、计算机软件的设计与执行过程、计算机系统的层次结构、系统性能评价方法.

第2章（数据的机器级表示）主要介绍无符号数和有符号整数的表示，IEEE 754浮点数标准，西文和汉字的编码表示，big-endian/little-endian存储顺序和对齐以及常见的检测/纠错码表示和使用方法。

第3章（运算方法和运算部分）主要介绍各种定点和浮点数的运算方法和对应的运算部分，以及核心运算部分ALU的功能和设计实现。

第四章（指令系统）主要介绍高级语言和低级语言的关系、指令格式、操作数类型、寻址方式、操作类型、进程的硬件支持、用户程序在虚拟内存中的配置和划分空间等技术。

第5章（中央处理器）主要介绍CPU的基本功能和内部结构、指令执行过程、数据通路的基本组成和时序、单周期和多周期数据通路、硬连线线路和微控制器，概念和技术，例如异常和中断。

第6章（指令流水线）主要介绍了指令流水线的基本原理、流水线段寄存器的概念、流水线数据通路的设计、流水线控制信号、结构风险及其处理、数据风险及其处理、转发技术，控制冒险及其处理的概念和技术，分支预测原理，超标量和动态管道。

第7章（Memory Hierarchy Architecture）主要介绍内存层次的概念，半导体内存的组织，多模块内存，缓存的基本原理，缓存与主存的映射关系及替换算法，虚拟内存基础概念、页表结构、缺页异常、TLB实现技术。

第8章（互连与I/O组织）主要介绍了常用I/O外设和磁盘存储的工作原理，现代计算机的互连结构，I/O接口的结构，I/O的寻址方式端口，程序查询I/O模式，中断I/O模式，DMA模式，内核I/O软件概览。

第9章（并行处理系统）主要介绍UMA（对称）多处理器、CC��NUMA多处理器、芯片级多处理器和多线程技术、集群多机、网格多机、向量处理机和SIMD技术，并行概述处理编程模型。

修订版 2

近年来，计算机组成和系统结构领域发生了一些变化，发展了一些技术。为了反映技术的进步，拓宽本领域知识的覆盖面，更加合理地构建知识框架，本书第二版在第一版的基础上进行了多次修改。

首先，对第一版的章节顺序进行了一些调整。由于数据运算、指令系统、中央处理器和指令流水线息息相关，将原第一版第4章内存层次的内容转移到指令流水线后面。

另外，内容中增加、删除和修改了一些知识点，主要包括以下几个方面。

(1)程序的开发和执行过程。第1章增加了对hello程序执行过程的描述，并举例说明了程序与指令的关系。同时增加了冯诺依曼结构模型机，利用模型机进行指令的执行过程。详细解释。

(2)操作方法和操作组件。对第3章进行了较大的调整，为了突出ALU中算术运算产生的标志信息的作用，增加了带标志的加法器的描述；简化了单级进位加法器、两级进位加法器、原码加减法、码移位加法。减法、原码两位乘法、二进制补码二维乘法、原码除法、小数加减法等说明。

(3) 标志信息的产生和使用。第四章对标志信息处理的描述进行了增强，增加了IA.32指令系统中条件分支指令的功能描述。结合第3章ALU产生的标志信息，对标志信息的产生进行了更透彻的讲解。使用问题。

(4) 命令系统示例。第4章保留了最流行的PC处理器指令系统IA.32，加入了嵌入式处理器指令系统ARM，将Intel处理器架构中的MMX、SSE等SIMD指令集移到了新加入的第9章，它是作为并行处理技术的一部分引入的。

(5) DRAM 芯片技术。在第 7 章增加了对 DDR2 和 DDR3 SDRAM 芯片的描述。

(6)存储芯片的扩展及其与CPU的连接。第7章这部分内容进行了较大修改，删除了过时的内容和示例，增加了在当前系统中的实际使用说明。

(7) 缓存结构示例。新的多核处理器芯片 Core i7 中的缓存结构示例在第 7 章中添加。

(8) 系统总线。系统内部的互连技术发展非常迅速，许多传统概念已经过时。为此，第一版第8章（系统总线）的内容进行了较大的修改，并合并到了下面的I/O组织中。在第一章。总线仲裁、总线定时、PCI 总线标准和 SCSI 接口被淘汰或削弱。增加了PCI Express、QPI等互连技术的介绍。

(9) 外部设备。 CRT 显示器、磁带存储和 CD 存储等内容在第 8 章中已被删除或削弱。

(10) I/O 接口。第 8 章删除了 I/O 接口、并行和串行接口的分类以及 I/O 接口的示例。

(11) I/O 控制模式。第 8 章删除了有关通道模式和 I/O 处理程序模式的信息。增加了对I/O子系统的介绍，并简要描述了从高级语言层到I/O设备层的过渡过程。

(12) 并行处理系统。增加一章介绍各种并行处理系统的硬件结构及硬件互连、软件通信、并行编程等相关技术问题。

使用本书的一些建议

本书可作为《计算机组成原理》课程的教材，也可作为《计算机组成原理》和《计算机系统架构》课程的教学参考书。尤其是对不专攻“计算机系统结构”课程的高校，将本书作为“计算机组成与系统结构”课程的教材更为合适。

对于本书的使用，具体建议如下：

(1)课堂教学要围绕主体内容，力求给出完整的知识框架体系，重点理清相关概念之间的联系。

(2) 标有*的内容是在不影响阅读连贯性的情况下可以跳过的部分，主要有以下三类：简单易懂的基础内容、具体的实现细节、技术上更多的In-深度内容。这个内容对于深入理解课程的整体核心内容非常有帮助。因此，如果上课时间允许，可以选择其中的一部分进行课堂讲解；如果上课时间不允许，尽量安排学生课后阅读。

(3) 书中每个重要的知识点和概念背后都有一些例子。可以选择一些重要的、难点的例子在课堂上进行讲解，大部分可以留给学生自学。

(4) 习题中列出的概念和术语基本涵盖了相应章节的主要概念，可以让学生检查它们的含义是否都清楚；习题中列出的简答题是相应章节的重要基础题。通过比对判断学生对相应章节内容的掌握程度；对于综合应用题，如果涉及到编程，可以通过编程来解决或验证，有助于学生深入理解课程内容。

(5)本书在CPU设计方面提供了更具体的实现方案。相关内容可作为基于FPGA和硬件描述语言的CPU设计实验的参考资料。

(6)书后附有部分世界一流大学相关课程网站的网址。您可以到这些网站查找讲义、习题参考答案和更多相关教材。