现代计算机技术需要各个计算领域的专业人员对计算机软件和硬件都有所了解。软硬件在不同层次上的相互影响，恰好也提供了一个理解计算基础的框架。不管你的关注点是硬件还是软件，专业是计算机科学还是电气工程，计算机组成和设计的核心思想都是相同的。因此，本书的重点是展示硬件和软件之间的关系，并重点关注现代计算机的基本概念。
本书从MIPS版的第1版起就提出了以上观点，最近从单处理器向多核微处理器的转变再一次印证了这个颇有远见的观点。然而，程序员无视我们的忠告，不想改造程序，只想依赖计算机体系结构设计者、编译器设计者或者芯片设计者来让自己的程序运行得更快、更高效——这样的时代已经一去不复返了。为了运行得更快，需要把程序改造成并行的。让程序员尽可能不知道他们正在使用的底层硬件的并行属性是许多研究者的目标，但这需要花费很长时间才能实现。我们的观点是，至少在接下来的十年里，如果想让程序在并行计算机上运行得更为高效，大多数程序员还是需要了解硬件/软件接口的。
本书的读者包括：不了解汇编语言或者逻辑设计，但需要了解计算机基本组成的人；具有汇编语言或者逻辑设计背景，但想学习如何设计计算机或者想搞清楚系统的工作原理的人。

戴维·A.帕特森（David A.Patterson），Patterson与Hennessy共同荣获了2017年度“图灵奖”，以表彰他们在计算机体系结构领域的开创性贡献。Patterson现为Google杰出工程师，之前为加州大学伯克利分校教授。他曾任ACM主席一职，目前是ACM和IEEE会士，美国艺术与科学院和计算机历史博物馆院士，并入选了美国国家工程院、国家科学院和硅谷工程名人堂。他领导了RISC I的设计与实现工作，并且是RAID项目的领导者。

赞誉
译者序
前言
作者简介
第1章 计算机抽象及相关技术
1.1 引言
1.1.1 传统的计算应用分类及其特点
1.1.2 欢迎来到后PC时代
1.1.3 你能从本书中学到什么
1.2 计算机体系结构中的7个伟大思想
1.2.1 使用抽象简化设计
1.2.2 加速经常性事件
1.2.3 通过并行提高性能
1.2.4 通过流水线提高性能
1.2.5 通过预测提高性能
1.2.6 存储层次
1.2.7 通过冗余提高可靠性
1.3 程序表象之下
1.4 箱盖后的硬件
1.4.1 显示器
1.4.2 触摸屏
1.4.3 打开机箱
1.4.4 数据安全
1.4.5 与其他计算机通信
1.5 处理器和存储制造技术
1.6 性能
1.6.1 性能的定义
1.6.2 性能的度量
1.6.3 CPU性能及其度量因素
1.6.4 指令性能
1.6.5 经典的CPU性能公式
1.7 功耗墙
1.8 沧海巨变：从单处理器向多处理器转变
1.9 实例：评测Intel Core i7
1.9.1 SPEC CPU基准评测程序
1.9.2 SPEC功耗基准评测程序
1.10 性能提升：使用Python语言编写
矩阵乘法程序
1.11 谬误与陷阱
1.12 本章小结
1.13 历史视角和拓展阅读
1.14 自学
1.15 练习
第2章 指令：计算机的语言
2.1 引言
2.2 计算机硬件的操作
2.3 计算机硬件的操作数
2.3.1 存储器操作数
2.3.2 常数或立即数操作数
2.4 有符号数与无符号数
2.5 计算机中的指令表示
2.6 逻辑操作
2.7 用于决策的指令
2.7.1 循环
2.7.2 边界检查的简便方法
2.7.3 case/switch语句
2.8 计算机硬件对过程的支持
2.8.1 使用更多的寄存器
2.8.2 嵌套过程
2.8.3 在栈中为新数据分配空间
2.8.4 在堆中为新数据分配空间
2.9 人机交互
2.10 对大立即数的RISC-V编址和寻址
2.10.1 大立即数
2.10.2 分支中的寻址
2.10.3 RISC-V寻址模式总结
2.10.4 机器语言译码
2.11 并行性与指令：同步
2.12 翻译并启动程序
2.12.1 编译器
2.12.2 汇编器
2.12.3 链接器
2.12.4 加载器
2.12.5 动态链接库
2.12.6 启动Java程序
2.13 以C排序程序为例的汇总整理
2.13.1 swap过程
2.13.2 sort过程
2.14 数组与指针
2.14.1 用数组实现clear
2.14.2 用指针实现clear
2.14.3 比较两个版本的clear
2.15 高级专题：编译C语言和解释Java语言
2.16 实例：MIPS指令
2.17 实例：ARMv7（32位）指令
2.17.1 寻址模式
2.17.2 比较和条件分支指令
2.17.3 ARM的独特之处
2.18 实例：ARMv8（64位）指令
2.19 实例：x86指令
2.19.1 Intel x86的演变
2.19.2 x86寄存器和寻址模式
2.19.3 x86整数操作
2.19.4 x86指令编码
2.19.5 x86总结
2.20 实例：RISC-V指令系统的剩余部分
2.21 性能提升：使用C语言编写矩阵乘法程序
2.22 谬误与陷阱
2.23 本章小结
2.24 历史视角和扩展阅读
2.25 ?自学
2.26 练习
第3章 计算机的算术运算
3.1 引言
3.2 加法和减法
3.3 乘法
3.3.1 串行版的乘法算法及其硬件实现
3.3.2 带符号乘法
3.3.3 快速乘法
3.3.4 RISC-V中的乘法
3.3.5 总结
3.4 除法
3.4.1 除法算法及其硬件实现
3.4.2 有符号除法
3.4.3 快速除法
3.4.4 RISC-V中的除法
3.4.5 总结
3.5 浮点运算
3.5.1 浮点表示
3.5.2 例外和中断
3.5.3 IEEE 754浮点数标准
3.5.4 浮点加法
3.5.5 浮点乘法
3.5.6 RISC-V中的浮点指令
3.5.7 精确算术
3.5.8 总结
3.6 并行性与计算机算术：子字并行
3.7 实例：x86中的SIMD扩展和高级向量扩展
3.8 性能提升：子字并行和矩阵乘法
3.9 谬误与陷阱
3.10 本章小结
3.11 历史视角和拓展阅读
3.12 ?自学
3.13 练习
第4章 处理器
4.1 引言
4.1.1 一种基本的RISC-V实现
4.1.2 实现概述
4.2 逻辑设计的一般方法
4.3 建立数据通路
4.4 一个简单的实现方案
4.4.1 ALU控制
4.4.2 设计主控制单元
4.4.3 数据通路操作
4.4.4 控制的结束
4.4.5 为什么现在不使用单周期实现
4.5 多周期实现
4.6 流水线概述
4.6.1 面向流水线的指令系统设计
4.6.2 流水线冒险
4.6.3 总结
4.7 流水线数据通路和控制
4.7.1 流水线的图形化表示
4.7.2 流水线控制
4.8 数据冒险：前递与停顿
4.9 控制冒险
4.9.1 假设分支不发生
4.9.2 缩短分支延迟
4.9.3 动态分支预测
4.9.4 流水线总结
4.10 例外
4.10.1 RISC-V