计算机组织与架构基础

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"计算机组织与架构" 《计算机组织与架构》是最新版的一本专著,旨在为学生提供构建未来计算机架构所需的建筑框架和基础知识。本书由Mostafa Abd-El-Barr(来自国王费哈德石油与矿业大学)和Hesham El-Rewini(南卫理公会大学)共同撰写,并在约翰威利父子出版公司发行,属于并行和分布式计算系列的一部分,由Albert Y. Zomaya担任系列编辑。 计算机组织与架构是理解计算机系统核心原理的关键领域。它涵盖了从微电子学的基本概念到高级系统设计的广泛主题。这包括处理器架构、内存系统、输入输出(I/O)机制、总线结构以及计算机系统的并行和分布式计算方面。这些基本概念是现代计算机科学和工程的基础,对于理解和优化计算机性能至关重要。 书中可能涉及的几个关键知识点包括: 1. **处理器架构**:讨论了从简单单核处理器到多核和多处理器系统的设计。这包括指令集架构(ISA)、微架构、流水线技术、超标量设计、动态调度和分支预测等。 2. **内存系统**:深入研究了层次存储结构,如高速缓存(Cache)、主存和磁盘存储。还包括内存访问时间、替换策略和缓存一致性问题。 3. **I/O系统**:探讨了设备控制器、中断处理、DMA(直接内存访问)以及与外设通信的各种接口标准,如USB、PCIe等。 4. **并行与分布式计算**:介绍并行计算的概念,如SIMD(单指令多数据)和MIMD(多指令多数据)架构,以及分布式系统的原理,如进程间通信、负载均衡和容错机制。 5. **编译器优化**:解释了编译器如何通过诸如指令级并行、循环展开和代码重构等技术来提升程序性能。 6. **计算机性能度量**:涵盖了性能评估的指标,如 MIPS(每秒百万指令数)、MFLOPS(每秒百万浮点运算)和功耗效率。 7. **虚拟化技术**:讨论了虚拟机和容器的概念,以及它们在资源管理和隔离中的应用。 8. **最新发展趋势**:可能包括GPU计算、云计算、物联网(IoT)设备的架构,以及量子计算和神经形态计算等前沿领域的简介。 通过学习这些内容,学生将能够理解计算机硬件如何与软件交互,以及如何设计和优化系统以满足特定性能需求。这不仅对计算机科学家和工程师,也对任何希望深入理解计算机工作原理的人都是宝贵的知识资源。