现代数字计算机架构基础

"PRINCIPLES OF COMPUTER ARCHITECTURE 是一本旨在揭示现代数字计算机内部运作原理的书籍，目标是让读者理解计算机内部的工作机制。这本书适用于具备高级编程语言知识的初学者，涵盖了通常在计算机架构或计算机组织的入门课程中会遇到的主题，同时也为学生在计算机相关领域的深入学习打下坚实基础。" 本书由 Miles J. Murdocca 和 Vincent P. Heuring 合著，他们分别来自 Rutgers 大学的计算机科学系和 University of Colorado 的电气与计算机工程系。这两位专家结合他们的专业知识，旨在为读者提供一个既宽泛又深入的计算机架构视角。 在"PRINCIPLES OF COMPUTER ARCHITECTURE"中，作者强调，读者只需要具备高级编程语言的基础知识就可以开始阅读，书中的内容覆盖了计算机架构的基础，如处理器设计、内存系统、输入/输出(I/O)接口、指令集体系结构等核心主题。这样的安排不仅适合初次接触该领域的学生，也为他们未来在软件工程、系统设计、硬件工程等领域进一步学习做好准备。 书中可能会详细讨论以下知识点： 1. **计算机的基本组件**：包括CPU（中央处理器）、内存（RAM）、硬盘和其他存储设备、输入输出设备等，以及它们之间的交互方式。 2. **指令集架构**：解释如何通过汇编语言和机器语言来执行计算任务，以及如何设计和优化指令集以提高性能。 3. **数据表示和运算**：探讨二进制、十六进制和浮点数的表示，以及算术和逻辑运算在硬件层面的实现。 4. **存储层次结构**：介绍缓存（Cache）的工作原理，以及如何通过多级缓存系统提升访问速度。 5. **处理器设计**：涵盖从简单的冯·诺依曼结构到RISC（精简指令集计算）和CISC（复杂指令集计算）的比较，以及流水线和超标量处理的概念。 6. **总线和通信协议**：讲解不同组件之间如何通过总线交换信息，以及通信协议如PCIe的工作方式。 7. **I/O系统**：介绍中断、DMA（直接内存访问）和设备控制器在处理输入输出操作中的角色。 8. **虚拟化技术**：可能涉及到虚拟机和容器的概念，以及它们如何在硬件层面上实现。 9. **并行计算和多核架构**：讨论如何利用多个处理器核心进行并行处理，以提高计算效率。 10. **能源效率与散热**：分析现代计算机架构如何平衡性能和功耗，以及散热解决方案。 通过这些内容，读者不仅可以理解计算机硬件如何执行软件指令，还能掌握如何设计和评估高性能的计算机系统。这是一本为那些希望深入理解计算机底层工作原理的读者量身定制的教材。