现代数字计算机体系结构原理

"Principles of Computer Architecture" 是一本深入探讨现代数字计算机内部运作的教材，旨在揭示计算机内部发生的现象，让读者理解计算机的工作原理。这本书面向已经掌握高级编程语言的读者，涵盖了计算机架构或计算机组织的一门入门课程通常会涉及的主题。 在介绍章节中，作者回顾了计算机的历史，讲解了冯·诺依曼模型，系统模型以及不同层次的机器。此外，还讨论了向上兼容性以及典型计算机系统的结构。书中还提到了计算机体系结构的组织结构，并通过一个案例研究探讨了超级计算机的发展。 在数据表示部分，书中详细介绍了定点数和浮点数的概念。包括定点数的范围和精度，浮点数的表示，规范化以及隐藏位。同时，提到了不同基数的转换和早期的计算机算术。书中还探讨了二进制补码表示、有符号定点数、二进制编码的十进制（BCD）等。 在算术章节，书中讲解了混合定点加减法、乘除法的硬件实现，包括两补码加减法、一位补码加减法，以及无符号和有符号乘除法。浮点数运算则涉及浮点加减和乘除。为了提高性能，还讨论了高速算术运算，如高精度加法、乘法和除法，以及残余算术。 在指令集架构部分，书中介绍了系统总线模型、内存、CPU等硬件组件，并以一个名为ARC的精简指令集计算机（RISC）为例，详细阐述了其内存结构、指令集、汇编语言格式、指令和数据格式。此外，还讨论了伪指令、汇编语言程序示例、地址模式、子程序链接和堆栈、内存访问以及输入/输出操作。 最后，书本涵盖了高级语言与机器之间的关系，解释了编译过程的步骤、编译器映射规范以及如何将高级语言指令转化为汇编代码。还涉及了链接和加载过程，以及宏的使用。同时，书中通过一个案例研究分析了Intel MMX和Motorola AltiVec SIMD指令，这些向量指令扩展了处理器的并行计算能力。 "Principles of Computer Architecture" 是一本全面的教材，不仅适合初学者理解计算机基础，也为进一步学习计算机相关领域提供了坚实的基础。