現代電腦組成與體系結構(原書第2版)/電腦科學叢書
內容大鋼
作為軟體開發者、系統設計師或電腦體系結構專業的學生，在你試圖學習數字設備體系結構的系統介紹時，是否被現代系統的複雜性搞得不知所措？本書借助實際示例和練習來教你理解現代電腦系統的工作原理。你將深入了解處理器內部直至電路級的行為，並理解硬體如何執行用高級語言開發的代碼。
本書將教授電腦系統的基礎知識，包括晶體管、邏輯門、時序邏輯和指令流水線。你將學習現代處理器體系結構及x86、x64、ARM和RISC-V等指令集的細節。你將了解如何在低成本FPGA開發板上實現RISC-V處理器，以及如何編寫量子計算程序並在實際量子電腦上運行。
相較于上一版，本書增加了網路安全、區塊鏈、比特幣挖礦以及自動駕駛汽車等重要領域的體系結構和設計原理。
最後，你將全面理解現代處理器和電腦體系結構，以及這些技術可能的未來方向。
作者介紹
(美)吉姆·萊丁|責編:王春華//章承林|譯者:王繼禾//王黨輝//安建峰//張萌
目錄
序
前言
作者簡介
審校者簡介
第1章 電腦體系結構簡介
1.1 自動計算設備的發展
1.1.1 查爾斯·巴貝奇的分析機
1.1.2 ENIAC
1.1.3 IBM PC
1.1.4 iPhone
1.2 摩爾定律
1.3 電腦體系結構
1.3.1 使用電壓電平表示數據值
1.3.2 二進位數和十六進位數
1.3.3 6502微處理器
1.3.4 6502指令集
1.4 總結
1.5 習題
第2章 數字邏輯
2.1 電路
2.2 晶體管
2.3 邏輯門
2.4 鎖存器
2.5 觸發器
2.6 寄存器
2.7 加法器
2.8 時鐘
2.9 時序邏輯
2.10 硬體描述語言
2.11 總結
2.12 習題
第3章 處理器要素
3.1 一個簡單的處理器
3.1.1 控制單元
3.1.2 算術邏輯單元
3.1.3 寄存器
3.2 指令集
3.3 定址方式
3.3.1 立即定址方式
3.3.2 絕對定址方式
3.3.3 絕對索引定址方式
3.3.4 間接索引定址方式
3.4 指令類型
3.4.1 內存載入和存儲指令
3.4.2 寄存器到寄存器的數據傳輸指令
3.4.3 棧指令
3.4.4 算術運算指令
3.4.5 邏輯運算指令
3.4.6 分支指令
3.4.7 子程序調用和返回指令
3.4.8 處理器標誌指令
3.4.9 中斷相關的指令
3.4.10 空操作指令
3.5 中斷處理
3.5.1 IRQ處理
3.5.2 NMI處理
3.5.3 BRK指令處理
3.6 I/O操作
3.6.1 程序查詢I/O
3.6.2 中斷驅動I/O
3.6.3 直接內存訪問
3.7 總結
3.8 習題
第4章 電腦系統組件
4.1 內存子系統
4.2 MOSFET簡介
4.3 用MOSFET構建DRAM電路
4.3.1 電容器
4.3.2 DRAM位單元
4.3.3 DDR5 SDRAM
4.3.4 GDDR5
4.3.5 預取
4.4 I/O子系統
4.4.1 並行數據匯流排和串列數據匯流排
4.4.2 PCI Express
4.4.3 SATA
4.4.5 USB
4.4.6 Thunderbolt
4.5 圖形顯示
4.5.1 VGA
4.5.2 DVI
4.5.3 HDMI
4.5.4 DisplayPort
4.6 網路介面
4.6.1 乙太網
4.6.2 Wi-Fi
4.7 鍵盤和滑鼠
4.7.1 鍵盤
4.7.2 滑鼠
4.8 現代電腦系統規格
4.9 總結
4.10 習題
第5章 硬體軟體介面
5.1 設備驅動程序
5.1.1 並行埠
5.1.2 PCIe設備驅動程序
5.1.3 設備驅動程序結構
5.2 BIOS
5.3 引導過程
5.3.1 BIOS引導
5.3.2 UEFI引導
5.3.3 可信引導
5.3.4 嵌入式設備
5.4 操作系統
5.5 進程和線程
5.6 多處理
5.7 總結
5.8 習題
第6章 專用計算領域
6.1 實時計算
6.2 數字信號處理
6.2.1 ADC和DAC
6.2.2 DSP硬體特性
6.2.3 信號處理演算法
6.3 GPU處理
6.4 專用體系結構示例
6.5 總結
6.6 習題
第7章 處理器和存儲器體系結構
7.1 馮·諾伊曼體系結構、哈佛體系結構、改進型哈佛體系結構
7.1.1 馮·諾伊曼體系結構
7.1.2 哈佛體系結構
7.1.3 改進型哈佛體系結構
7.2 物理內存和虛擬內存
7.2.1 分頁虛擬內存
7.2.2 頁面狀態位
7.2.3 內存池
7.3 內存管理單元
7.4 總結
7.5 習題
第8章 性能提升技術
8.1 高速緩存
8.1.1 多級處理器緩存
8.1.2 靜態RAM
8.1.3 一級緩存
8.1.4 直接映射緩存
8.1.5 組相聯緩存
8.1.6 全相聯緩存
8.1.7 處理器緩存寫策略
8.1.8 二級處理器緩存和三級處理器緩存
8.2 指令流水線
8.2.1 超流水線
8.2.2 流水線冒險
8.2.3 微操作和寄存器重命名
8.2.4 條件分支
8.3 同時多線程
8.4 SIMD處理
8.5 總結
8.6 習題
第9章 專用處理器擴展
9.1 處理器的特權模式
9.1.1 中斷處理和異常處理
9.1.2 保護環
9.1.3 監管模式和用戶模式
9.1.4 系統調用
9.2 浮點數運算
9.2.1 8087浮點協處理器
9.2.2 IEEE 754浮點數標準
9.3 功耗管理
9.4 系統安全管理
9.4.1 可信平台模塊
9.4.2 網路攻擊防禦
9.5 總結
9.6 習題
第10章 現代處理器體系結構與指令集
10.1 x86體系結構與指令集
10.1.1 x86寄存器集
10.1.2 x86定址方式
10.1.3 x86指令類別
10.1.4 x86指令格式
10.1.5 x86彙編語言
10.2 x64體系結構與指令集
10.2.1 x64寄存器集
10.2.2 x64指令類別與格式
10.2.3 x64彙編語言
10.3 32位ARM體系結構與指令集
10.3.1 ARM寄存器集
10.3.2 ARM定址方式
10.3.3 ARM指令類別
10.3.4 32位ARM彙編語言
10.4 64位ARM體系結構與指令集
10.5 總結
10.6 習題
第11章 RISC-V體系結構與指令集
11.1 RISC-V體系結構與應用
11.2 RISC-V基礎指令集
11.2.1 計算指令
11.2.2 控制流指令
11.2.3 訪存指令
11.2.4 系統指令
11.2.5 偽指令
11.2.6 特權級
11.3 RISC-V擴展
11.3.1 M擴展
11.3.2 A擴展
11.3.3 C擴展
11.3.4 F擴展和D擴展
11.3.5 其他擴展
11.4 RISC-V變體
11.5 64位RISC-V
11.6 標準RISC-V配置
11.7 RISC-V彙編語言
11.8 在FPGA中實現RISC-V
11.9 總結
11.10 習題
第12章 處理器虛擬化
12.1 虛擬化介紹
12.1.1 虛擬化類型
12.1.2 處理器虛擬化的類型
12.2 虛擬化的挑戰
12.2.1 不安全指令
12.2.2 影子頁表
12.2.3 安全性
12.3 虛擬化現代處理器
12.3.1 x86處理器虛擬化
12.3.2 ARM處理器虛擬化
12.3.3 RISC-V處理器虛擬化
12.4 虛擬化工具
12.4.1 VirtualBox
12.4.2 VMware Workstation
12.4.3 VMware ESXi
12.4.4 KVM
12.4.5 Xen
12.4.6 QEMU
12.5 虛擬化與雲計算
12.6 總結
12.7 習題
第13章 領域專用電腦體系結構
13.1 設計滿足特定需求的電腦系統
13.2 智能手機體系結構
13.3 PC體系結構
13.4 倉儲式計算體系結構
13.4.1 WSC硬體
13.4.2 基於機架的伺服器
13.4.3 硬體故障管理
13.4.4 電力消耗
13.4.5 WSC作為多級信息緩存
13.4.6 部署雲應用
13.5 神經網路與機器學習體系結構
13.6 總結
13.7 習題
第14章 網路安全與機密計算體系結構
14.1 網路安全威脅
14.1.1 網路安全威脅的分類
14.1.2 網路攻擊技術
14.1.3 惡意軟體的類型
14.1.4 利用漏洞的行為
14.2 安全硬體特性
14.2.1 確定需要保護的內容
14.2.2 預測攻擊類型
14.2.3 安全系統設計的特徵
14.3 機密計算
14.4 體系結構的安全性設計
14.4.1 通過隱蔽求安全
14.4.2 全面的安全設計
14.4.3 最小特權原則
14.4.4 零信任體系結構
14.5 確保系統和應用軟體的安全
14.5.1 通用軟體的弱點
14.5.2 源代碼安全掃描
14.6 總結
14.7 習題
第15章 區塊鏈及比特幣挖礦體系結構
15.1 區塊鏈和比特幣簡介
15.1.1 SHA-256哈希演算法
15.1.2 計算SHA-256
15.1.3 比特幣核心軟體
15.2 比特幣挖礦過程
15.2.1 比特幣礦池
15.2.2 使用CPU挖礦
15.2.3 使用GPU挖礦
15.3 比特幣挖礦電腦體系結構
15.3.1 使用FPGA挖礦
15.3.2 使用ASIC挖礦
15.3.3 比特幣挖礦經濟學
15.4 其他類型的加密貨幣
15.5 總結
15.6 習題
第16章 自動駕駛汽車體系結構
16.1 自動駕駛汽車概述
16.2 自動駕駛汽車的安全問題
16.3 自動駕駛汽車的硬體和軟體需求
16.3.1 感知車輛狀態和周圍環境
16.3.2 感知環境
16.3.3 決策處理
16.4 自動駕駛汽車計算體系結構
16.5 總結
16.6 習題
第17章 量子計算和其他電腦體系結構的未來方向
17.1 電腦體系結構的發展歷程
17.2 未來的發展趨勢
17.2.1 重溫摩爾定律
17.2.2 3D堆疊
17.2.3 提高設備的專用化程度
17.3 潛在的顛覆性技術
17.3.1 量子物理學
17.3.2 自旋電子學
17.3.3 量子計算
17.3.4 量子密碼學
17.3.5 絕熱量子計算
17.3.6 量子計算的未來
17.3.7 碳納米管
17.4 培養適應未來的技能
17.4.1 持續學習
17.4.2 會議與期刊<
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