本书是计算机科学丛书之一，采用MIPS处理器作为展示计算机硬件技术基本功能的核心。书中逐条指令地列举了完整的MIPS指令集——汇编语言的核心、计算机算术运算、流水线、存储器层次结构以及I／O，并介绍了网络和多处理器结构的基本内容。展示了软硬件间的关系，并全面介绍当代计算机系统发展的主流技术和最新成就。

本书适用于：没有汇编语言或逻辑设计知识且想了解计算机组织结构基础知识的初学者；以及有汇编语言或逻辑设计背景知识，想学习如何设计计算机并且想了解计算机系统工作原理的读者。

本书是计算机组成的经典教材。全书着眼于当前计算机设计中最基本的概念，展示了软硬件间的关系，并全面介绍当代计算机系统发展的主流技术和最新成就。

同以往版本一样，本书采用MIPS处理器作为展示计算机硬件技术基本功能的核心。书中逐条指令地列举了完整的MIPS指令集，并介绍了网络和多处理器结构的基本内容。将CPU性能和程序性能紧密地联系起来是本版的一个新增内容。另外，本版对软硬件的讨论更加深入，作者展示了软硬件部件如何影响程序的性能，并在光盘中为侧重硬件和侧重软件的读者分别提供了相关资料。随书光盘内容非常丰富，不仅包括各种配套教学资源，还提供了HDL模拟器、MIPS模拟器以及FPGA设计工具等软件。

本书适合作为高等院校相关专业的本科生和研究生的教材，对广大技术人员也有很高的实际参考价值。

出版者的话

专家指导委员会

译者序

前言

第1章 计算机概念和技术

1.1 概述

1.2 程序的表象之下

1.3 打开计算机的机箱

1.4 实例：制造Pentium 4芯片

1.5 谬误和陷阱

1.6 结论

1.7 历史回顾和深入阅读

1.8 习题

现实世界中的计算机：信息技术在非IT领域的40亿产值

第2章 计算机指令

2.1 概述

2.2 计算机硬件的操作

2.3 计算机硬件的操作数

2.4 计算机中指令的表示

2.5 逻辑运算

2.6 分支指令

2.7 计算机硬件的过程支持

2.8人机交互

2.9 对32位立即数的MIPS编址和寻址

2.10 程序的翻译和启动运行

2.11 编译器如何优化

2.12 编译器如何工作初探

2.13 以一个C程序的排序为例

2.14 面向对象语言的实现

2.15数组与指针

2.16实例：IA-32指令

2.17谬误和陷阱

2.18 结论

2.19 历史回顾和深入阅读

2.20 习题

现实世界中的计算机：用数据拯救我们的环境

第3章 计算机的算术运算

3.1 概述

3.2有符号数与无符号数

3.3加法与减法

3.4 乘法

3.5 除法

3.6 浮点运算

3.7 实例：IA-32中的浮点部件

3.8谬误和陷阱

3.9 结论

3.10 历史回顾和深入阅读

3.11 习题

现实世界中的计算机：重建古代世界

第4章 评估和理解性能

4.1 概述

4.2 CPU的性能和影响因素

4.3 性能评估

4.4 实例：两个SPEC基准测试以及新型Intel处理器的性能评价

4.5 谬误和陷阱

4.6 结论

4.7 历史回顾和深入阅读

4.8 习题

现实世界中的计算机：使交通工具更快更安全

第5章 处理器

5.1 概述

5.2逻辑设计规则

5.3数据通路的建立

5.4 一个简单的实现方案

5.5 多周期实现方案

5.6 异常

5.7 微程序设计：简化控制设计

5.8 使用硬件描述语言进行数字设计概述

5.9 实例：近期的：Pentium处理器的实现结构

5.10 谬误和陷阱

5.1 1结论

5.12 历史回顾和深入阅读

5.13 习题

现实世界中的计算机：助力残障人士

第6章 利用流水线提高性能

6.1 流水线概述

6.2 流水线的数据通路

6.3 流水线中的控制

6.4 数据冒险与转发

6.5 数据冒险与阻塞

6.6 分支冒险

6.7 使用硬件描述语言对流水线进行建模

6.8 异常

6.9 高级话题：如何提高性能

6.10 实例：Pentitrn4处理器的流水线

6.11 谬误和陷阱

6.12 结论

6.13 历史回顾和深入阅读

6.14 习题

现实世界中的计算机：无网守的大众通信方式

第7章 层次结构的存储器

7.1 概述

7.2 高速缓存基础知识

7.3 高速缓存性能的评估和提高

7.4 虚拟存储器

7.5 层次结构存储器的一般框架

7.6 实例：Pentium P4和AMD Opteron的存储器层次结构

7.7 谬误和陷阱

7.8 结论

7.9 历史回顾和深入阅读

7.10 习题

现实世界中的计算机：保护世界艺术财富

第8章 存储器、网络和其他外围设备

8.1 概述

8.2 磁盘存储及其可靠性

8.3 网络

8.4 总线以及在处理器、内存和I／O设备之间的其他连接

8.5 为处理器、内存和操作系统提供I／O设备接口

8.6 I／O性能测量：磁盘和文件系统的例子

8.7 设计I／0系统

8.8 实例：数码相机

8.9 谬误和陷阱

8.10 结论

8.11 历史回顾和深入阅读

8.12 习题

现实世界中的计算机：通过更好的诊断来延长寿命

第9章 多处理器和集群

9.1 概述

9.2 多处理器编程

9.3 用单一总线连接的多处理器

9.4 通过网络连接的多处理器

9.5 集群

9.6 网络拓扑结构

9.7 片内多处理器和多线程技术

9.8 实例：Google PC集群系统

9.9 谬误和陷阱

9.10 结论——计算机系统结构的改良和变革

9.11 历史回顾和深入阅读

9.12 习题

附录A 汇编器、链接器和SPIM模拟器

附录B 逻辑设计基础

附录C 控制器的硬件实现

附录D 桌面计算机、服务器和嵌入式计算机上的RISC体系结构综述