組合語言与计算机架构详解：I/O操作与处理器影响

資源摘要信息: 《961組合語言與計算機組織》是一本深度探讨计算机硬件与软件交互的教材，特别关注于低延迟I/O操作、处理器利用效率以及提升计算机性能的方法。本书分为多个章节，涵盖了核心的计算机系统原理。 在第二章“指令：計算機的語言”中，作者首先介绍了基础概念，包括MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages，无流水线中断处理机）架构，讲述了内储存式程序的概念和指令集架构，从一般指令类别如算术、資料转移、流程控制和逻辑运算，到常数的处理。组合语言与机器语言的关系也在此部分进行深入剖析，强调了程序呼叫的重要性。 在第三章“計算機算術”里，详细讨论了数的表示方法，涉及加减法运算、算术逻辑单元（ALU）的功能，以及前瞻进位加法器和不同类型的乘法算法，包括无符号数和有符号数的乘法。除法运算和浮点数的表示也被纳入探讨。 第四章重点在于理解计算机性能，定义了效能的概念，并分析了影响CPU效能的关键因素，比如MIPS指标的局限性，以及AMDAHL’S定律的应用。章节还揭示了如何评估计算机的效能。 第五章深入处理器设计，包括数据路径和控制单元。抽象设计原则被介绍，同时详细讲解了单时钟和多时钟计算机的数据路径构建，以及控制单元的实现，包括微程序化设计。此外，还探讨了指令执行步骤及其在多时脉计算机中的优化。 第六章探讨了利用管道技术来提高系统性能，通过洗衣过程和MIPS程序执行的例子解释管線化的工作原理，涉及数据路径、控制单元以及处理数据和控制危障的策略。 第七章聚焦于大规模、高速度的存储系统，阐述了区域性和不同记忆体技术，以及记忆体层次结构，如直接映射快取、多层快取和虚拟内存的设计。书中针对记忆体阶層的问题和分类进行了详尽的讨论。 这本书综合了计算机体系结构的核心知识，不仅介绍了基础的编程语言概念，还深入剖析了处理器内部运作机制以及性能优化策略，是理解现代计算机系统不可或缺的参考资料。