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本書是計算機組成的經典教材，着眼於當前計算機設計中最基本的概念，詳細展示軟硬件件的關系，介紹當代計算機系統發展的主流技術和最新成就。
本書以MIPS處理器為例介紹計算機硬件技術、匯編語言、計算機算術、流水線以及存儲器層次結構等基本技術。
書中強調從串行處理到並行處理的最新革新，每章中都包含並行硬件和軟件的主題，以軟硬件協同設計發揮多核性能為最終目標。
另外，本版與時俱進地使用了如ARMCortexA8和IntelCorei7等現代設計來說明計算機設計的基本原理。本書適合作為高等院校計算機專業教材，對廣大技術人員也有很高的參考價值。
出版者的話
本書贊譽
譯者序
前言
作者簡介
第1章計算機概要與技術
1.1引言
1.1.1計算應用的分類及其特性
1.1.2歡迎來到后PC時代
1.1.3你能從本書學到什麼
1.2計算機系統結構中的8個偉大思想
1.2.1面向摩爾定律的設計
1.2.2使用抽象簡化設計
1.2.3加速大概率事件
1.2.4通過並行提高性能
1.2.5通過流水線提高性能
1.2.6通過預測提高性能
1.2.7存儲器層次
1.2.8通過冗余提高可靠性
1.3程序概念入門
1.4硬件概念入門
1.4.1顯示器
1.4.2觸摸屏
1.4.3打開機箱
1.4.4數據安全
1.4.5與其他計算機通信
1.5處理器和存儲器制造技術
1.6性能
1.6.1性能的定義
1.6.2性能的度量
1.6.3CPU性能及其因素
1.6.4指令的性能
1.6.5經典的CPU性能公式
1.7功耗牆
1.8滄海巨變：從單處理器向多處理器轉變
1.9實例：IntelCorei7基准
1.9.1SPECCPU基准測試程序
1.9.2SPEC功耗基准測試程序
1.10謬誤與陷阱
1.11本章小結
1.12歷史觀點和拓展閱讀
1.13練習題
第2章指令：計算機的語言
2.1引言
2.2計算機硬件的操作
2.3計算機硬件的操作數
2.3.1存儲器操作數
2.3.2常數或立即數操作數
2.4有符號數和無符號數
2.5計算機中指令的表示
2.6邏輯操作
2.7決策指令
2.7.1循環
2.7.2case/switch語句
2.8計算機硬件對過程的支持
2.8.1使用更多的寄存器
2.8.2嵌套過程
2.8.3在棧中為新數據分配空間
2.8.4在堆中為新數據分配空間
2.9人機交互
2.10MIPS中32位立即數和尋址
2.10.132位立即數
2.10.2分支和跳轉中的尋址
2.10.3MIPS尋址模式總結
2.10.4機器語言解碼
2.11並行與指令：同步
2.12翻譯並執行程序
2.12.1編譯器
2.12.2匯編器
2.12.3鏈接器
2.12.4加載器
2.12.5動態鏈接庫
2.12.6啟動一個Java程序
2.13以一個C排序程序作為完整的例子
2.13.1swap過程
2.13.2sort過程
2.14數組與指針
2.14.1用數組實現clear
2.14.2用指針實現clear
2.14.3比較兩個版本的clear
2.15高級內容：編譯C語言和解釋Java語言
2.16實例：ARMv7(32位)指令集
2.16.1尋址模式
2.16.2比較和條件分支
2.16.3ARM的特色
2.17實例：x86指令集
2.17.1Intelx86的改進
2.17.2x86寄存器和數據尋址模式
2.17.3x86整數操作
2.17.4x86指令編碼
2.17.5x86總結
2.18實例：ARMv8（64位）指令集
2.19謬誤與陷阱
2.20本章小結
2.21歷史觀點和拓展閱讀
2.22練習題
第3章計算機的算術運算
3.1引言
3.2加法和減法
3.3乘法
3.3.1順序的乘法算法和硬件
3.3.2有符號乘法
3.3.3更快速的乘法
3.3.4MIPS中的乘法
3.3.5小結
3.4除法
3.4.1除法算法及其硬件結構
3.4.2有符號除法
3.4.3更快速的除法
3.4.4MIPS中的除法
3.4.5小結
3.5浮點運算
3.5.1浮點表示
3.5.2浮點加法
3.5.3浮點乘法
3.5.4MIPS中的浮點指令
3.5.5算術精確性
3.5.6小結
3.6並行性和計算機算術：子字並行
3.7實例：x86中流處理SIMD擴展和高級向量擴展
3.8加速：子字並行和矩陣乘法
3.9謬誤與陷阱
3.10本章小結
3.11歷史觀點和拓展閱讀
3.12練習題
第4章處理器
4.1引言
4.2邏輯設計的一般方法
4.3建立數據通路
4.4一個簡單的實現機制
4.4.1ALU控制
4.4.2主控制單元的設計
4.4.3為什麼不使用單周期實現方式
4.5流水線概述
4.5.1面向流水線的指令集設計
4.5.2流水線冒險
4.5.3對流水線概述的小結
4.6流水線數據通路及其控制
4.6.1圖形化表示的流水線
4.6.2流水線控制
4.7數據冒險：旁路與阻塞
4.8控制冒險
4.8.1假定分支不發生
4.8.2縮短分支的延遲
4.8.3動態分支預測
4.8.4流水線小結
4.9異常
4.9.1MIPS體系結構中的異常處理
4.9.2在流水線實現中的異常
4.10指令級並行
4.10.1推測的概念
4.10.2靜態多發射處理器
4.10.3動態多發射處理器
4.10.4能耗效率與高級流水線
4.11實例：ARMCortex-A8和IntelCorei7流水線
4.11.1ARMCortex-A
4.11.2IntelCorei
4.11.3IntelCorei7920的性能
4.12運行更快：指令級並行和矩陣乘法
4.13高級主題：通過硬件設計語言描述和建模流水線來介紹數字設計以及更多流水線示例
4.14謬誤與陷阱
4.15本章小結
4.16歷史觀點和拓展閱讀
4.17練習題
第5章大容量和高速度：開發存儲器層次結構
5.1引言
5.2存儲器技術
5.2.1SRAM技術
5.2.2DRAM技術
5.2.3閃存
5.2.4磁盤存儲器
5.3cache的基本原理
5.3.1cache訪問
5.3.2cache缺失處理
5.3.3寫操作處理
5.3.4一個cache的例子:內置FastMATH處理器
5.3.5小結
5.4cache性能的評估和改進
5.4.1通過更靈活地放置塊來減少cache缺失
5.4.2在cache中查找一個塊
5.4.3替換塊的選擇
5.4.4使用多級cache結構減少缺失代價
5.4.5通過分塊進行軟件優化
5.4.6小結
5.5可信存儲器層次
5.5.1失效的定義
5.5.2糾正一位錯、檢測兩位錯的漢明編碼（SEC/DED）
5.6虛擬機
5.6.1虛擬機監視器的必備條件
5.6.2指令集系統結構（缺乏）對虛擬機的支持
5.6.3保護和指令集系統結構
5.7虛擬存儲器
5.7.1頁的存放和查找
5.7.2缺頁故障
5.7.3關於寫
5.7.4加快地址轉換：TLB
5.7.5集成虛擬存儲器、TLB和cache
5.7.6虛擬存儲器中的保護
5.7.7處理TLB缺失和缺頁
5.7.8小結
5.8存儲器層次結構的一般框架
5.8.1問題1：一個塊可以被放在何處
5.8.2問題2：如何找到一個塊
5.8.3問題3：當cache缺失時替換哪一塊
5.8.4問題4：寫操作如何處理
5.8.53C：一種理解存儲器層次結構行為的直觀模型
5.9使用有限狀態機來控制簡單的cache
5.9.1一個簡單的cache
5.9.2有限狀態機
5.9.3一個簡單的cache控制器的有限狀態機
5.10並行與存儲器層次結構：cache一致性
5.10.1實現一致性的基本方案
5.10.2監聽協議
5.11並行與存儲器層次結構：冗余廉價磁盤陣列
5.12高級內容：實現cache控制器
5.13實例：ARMCortex-A8和IntelCorei7的存儲器層次結構
5.14運行更快:cache分塊和矩陣乘法
5.15謬誤和陷阱
5.16本章小結
5.17歷史觀點和拓展閱讀
5.18練習題
第6章從客戶端到雲的並行處理器
6.1引言
6.2創建並行處理程序的難點
6.3SISD、MIMD、SIMD、SPMD和向量機
6.3.1在x86中的SIMD：多媒體擴展
6.3.2向量機
6.3.3向量與標量的對比
6.3.4向量與多媒體擴展的對比
6.4硬件多線程
6.5多核和其他共享內存多處理器
6.6圖形處理單元簡介
6.6.1NVIDIAGPU體系結構簡介
6.6.2NVIDIAGPU存儲結構
6.6.3GPU展望
6.7集群、倉儲級計算機和其他消息傳遞多處理器
6.8多處理器網絡拓撲簡介
6.9與外界通信：集群網絡
6.10多處理器測試集程序和性能模型
6.10.1性能模型
6.10.2Roofline模型
6.10.3兩代Opteron的比較
6.11實例：評測IntelCorei7960和NVIDIATeslaGPU的Roofline模型
6.12運行更快：多處理器和矩陣乘法
6.13謬誤與陷阱
6.14本章小結
6.15歷史觀點和拓展閱讀
6.16練習題
附錄A匯編器、鏈接器和SPIM仿真器
附錄B邏輯設計基礎
索引
