计算机组成与体系结构 性能设计（原书第8版）pdf

计算机组成与体系结构 性能设计（原书第8版） 内容简介

作者斯托林斯编著《计算机组成与体系结构性能设计》的目的是使读者知晓当代计算机组成和体系结构的设计原理和实现考虑，并非单纯地讲述概念或理论。为此，本书选用了许多不同机器的例子来阐明和强化所提供的概念。

计算机组成与体系结构 性能设计（原书第8版） 目录

前言

第0章 读者指南

第一部分 概论

第1章 导论

第2章 计算机的演变和性能

第二部分 计算机系统

第3章 计算机功能和互连的顶层视图

第4章 CACHE存储器

第5章 内部存储器

第6章 外部存储器

第7章 输入/输出

第8章 操作系统支持

第三部分 中央处理器

第9章 计算机算术

第10章 指令集：特征和功能

第11章 指令集：寻址方式和指令格式

第12章 CPU结构和功能

第13章 精简指令集计算机

第14章 指令级并行性和超标量处理器

第四部分 控制器

第15章 控制器操作

第16章 微程序控制

第五部分 并行组织

第17章 并行处理

第18章 多核计算机

附录

术语表

参考文献

计算机组成与体系结构 性能设计（原书第8版） 精彩文摘

1.1 计算机组成与体系结构

在描述计算机系统时，常常要区分计算机体系结构和计算机组成这两个基本概念。虽然很难给出这两个术语的精确定义，但对它们所涉及的领域存在着共识（见文献[vRAN80]、[SIEW82]和[BELL38a]），一种有趣的可供选择的观点可参见文献[REDD76]。

计算机体系结构是那些对程序员可见的系统属性，换句话说，这些属性直接影响到程序的逻辑执行。计算机组成是实现结构规范的操作单元及其相互连接。例如，体系结构的属性包括指令集、用来表示各种数据类型（例如，数据、字符）的比特数、输入输出机制以及内存寻址技术。组成的属性包括那些对程序员可见的硬件细节，如控制信号、计算机和外设的接口以及存储器使用的技术。

例如，计算机是否有乘法指令是体系结构设计的问题。而这条指令是由特定的乘法单元实现，还是通过重复使用系统的加法单元来实现，则是组成的问题。组成基于乘法单元使用的预期频度、两种方案的相对速度以及特定乘法单元的成本和物理尺寸等因素。

无论是过去还是现在，了解体系结构与组成之间的差别都是很重要的。很多计算机制造商会提供系列机产品，它们有着相同的体系结构，但组成是不相同的，因此，同一系列中不同型号的计算机的价格和性能也不相同。进一步来说，一种特殊的体系结构可以存在多年，并且覆盖多种不同的计算机型号，但它的组成则随着技术的进步而不断更新。这种现象的一个突出例子是IBMSystem／370体系结构，这种架构于1970年推出，包括多种型号。低需求的客户可以购买较便宜、速度较慢的型号，如果今后要求提高了，可以升级到更贵的、速度更快的型号，而不必丢弃已经开发的软件。近几年，IBM通过改进技术推出了许多新型号来替代旧的型号，为用户提供高速、低价或两者兼备的产品。这些新型号保留了同样的体系结构，因而保障了用户的软件资源。值得注意的是，System／370体系结构经过几次增强，不但生存至今，而且仍是IBM的旗舰产品。

在被称之为微计算机的一类计算机系统中，体系结构和组成的关系非常紧密。技术的更新不仅影响了计算机的组成，而且还导致了更强大和更复杂的体系结构。通常，越小的机器，新旧两代之间的兼容性要求越少，因此组成和体系结构设计决策的关系就更加紧密。关于它的一个有趣的例子就是精简指令集计算机（RISC），本书将在第13章进行深入的讨论。