計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)：硬件/軟件接口（原書第6版 MIPS版）

譯者序
前言
作者簡介
第1章　計(jì)算機(jī)抽象及相關(guān)技術(shù) 1
1.1　引言 1
1.1.1　計(jì)算應(yīng)用的分類及其特性 2
1.1.2　歡迎來到后PC時(shí)代 3
1.1.3　你能從本書學(xué)到什么 4
1.2　計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的7個(gè)偉大思想 6
1.2.1　使用抽象簡化設(shè)計(jì) 6
1.2.2　加速大概率事件 6
1.2.3　通過并行提高性能 6
1.2.4　通過流水線提高性能 6
1.2.5　通過預(yù)測提高性能 7
1.2.6　存儲層次 7
1.2.7　通過冗余提高可靠性 7
1.3　程序表象之下 8
1.4　機(jī)箱之內(nèi)的硬件 10
1.4.1　顯示器 11
1.4.2　觸摸屏 12
1.4.3　打開機(jī)箱 13
1.4.4　數(shù)據(jù)安全 15
1.4.5　與其他計(jì)算機(jī)通信 16
1.5　處理器和存儲器制造技術(shù) 17
1.6　性能 20
1.6.1　性能的定義 21
1.6.2　性能的度量 23
1.6.3　CPU性能及其因素 24
1.6.4　指令的性能 25
1.6.5　經(jīng)典的CPU性能公式 26
1.7　功耗墻 28
1.8　滄海巨變：從單處理器向多處理器轉(zhuǎn)變 30
1.9　實(shí)例：Intel Core i7基準(zhǔn) 32
1.9.1　SPEC CPU基準(zhǔn)測試程序 32
1.9.2　SPEC功耗基準(zhǔn)測試程序 34
1.10　加速：使用Python語言編寫矩陣乘法程序 35
1.11　謬誤與陷阱 36
1.12　本章小結(jié) 38
1.13　歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀 39
1.14　自學(xué) 39
1.15　練習(xí)題 42
第2章　指令：計(jì)算機(jī)的語言 46
2.1　引言 46
2.2　計(jì)算機(jī)硬件的操作 48
2.3　計(jì)算機(jī)硬件的操作數(shù) 50
2.3.1　存儲器操作數(shù) 51
2.3.2　常數(shù)或立即數(shù)操作數(shù) 53
2.4　有符號數(shù)和無符號數(shù) 54
2.5　計(jì)算機(jī)中指令的表示 59
2.6　邏輯操作 65
2.7　決策指令 67
2.7.1　循環(huán) 68
2.7.2　case/switch語句 70
2.8　計(jì)算機(jī)硬件對過程的支持 71
2.8.1　使用更多寄存器 72
2.8.2　嵌套過程 74
2.8.3　在棧中為新數(shù)據(jù)分配空間 76
2.8.4　在堆中為新數(shù)據(jù)分配空間 76
2.9　人機(jī)交互 78
2.10　MIPS中32位立即數(shù)和地址的尋址 82
2.10.1　32位立即數(shù) 83
2.10.2　分支和跳轉(zhuǎn)中的尋址 83
2.10.3　MIPS尋址模式總結(jié) 85
2.10.4　機(jī)器語言解碼 87
2.11　并行與指令：同步 89
2.12　翻譯并執(zhí)行程序 91
2.12.1　編譯器 91
2.12.2　匯編器 91
2.12.3　鏈接器 93
2.12.4　加載器 95
2.12.5　動態(tài)鏈接庫 95
2.12.6　啟動一個(gè)Java程序 97
2.13　綜合實(shí)例：C排序程序 98
2.13.1　swap過程 98
2.13.2　sort過程 100
2.14　數(shù)組與指針 104
2.14.1　用數(shù)組實(shí)現(xiàn)clear 104
2.14.2　用指針實(shí)現(xiàn)clear 106
2.14.3　比較兩個(gè)版本的clear 106
2.15　高級內(nèi)容：編譯C語言和解釋Java語言 107
2.16　實(shí)例：ARMv7（32位）指令集 107
2.16.1　尋址模式 108
2.16.2　比較和條件分支 108
2.16.3　ARM的特色 109
2.17　實(shí)例：ARMv8（64位）指令集 111
2.18　實(shí)例：RISC-V指令集 112
2.19　實(shí)例：x86指令集 112
2.19.1　Intel x86的演進(jìn) 112
2.19.2　x86寄存器和數(shù)據(jù)尋址模式 114
2.19.3　x86整數(shù)操作 115
2.19.4　x86指令編碼 117
2.19.5　x86總結(jié) 119
2.20　加速：使用C語言編寫矩陣乘法程序 119
2.21　謬誤與陷阱 120
2.22　本章小結(jié) 122
2.23　歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀 124
2.24　自學(xué) 124
2.25　練習(xí)題 126
第3章　計(jì)算機(jī)的算術(shù)運(yùn)算 132
3.1　引言 132
3.2　加法和減法 132
3.3　乘法 136
3.3.1　順序的乘法算法和硬件 137
3.3.2　有符號乘法 139
3.3.3　更快速的乘法 139
3.3.4　MIPS中的乘法 140
3.3.5　小結(jié) 140
3.4　除法 140
3.4.1　除法算法和硬件 141
3.4.2　有符號除法 143
3.4.3　更快速的除法 144
3.4.4　MIPS中的除法 144
3.4.5　小結(jié) 145
3.5　浮點(diǎn)運(yùn)算 146
3.5.1　浮點(diǎn)表示 147
3.5.2　浮點(diǎn)加法 151
3.5.3　浮點(diǎn)乘法 154
3.5.4　MIPS中的浮點(diǎn)指令 156
3.5.5　算術(shù)精確性 161
3.5.6　小結(jié) 163
3.6　并行性和計(jì)算機(jī)算術(shù)：子字并行 164
3.7　實(shí)例：x86中的流處理SIMD擴(kuò)展和高級向量擴(kuò)展 166
3.8　加速：子字并行和矩陣乘法 167
3.9　謬誤與陷阱 168
3.10　本章小結(jié) 171
3.11　歷史觀點(diǎn)和拓展閱讀 174
3.12　自學(xué) 174
3.13　練習(xí)題 176
第4章　處理器 181
4.1　引言 181
4.1.1　一個(gè)基本的MIPS實(shí)現(xiàn) 182
4.1.2　實(shí)現(xiàn)方式概述 182
4.2　邏輯設(shè)計(jì)的一般方法 184
4.3　建立數(shù)據(jù)通路 187
4.4　一個(gè)簡單的實(shí)現(xiàn)機(jī)制 193
4.4.1　ALU控制 193
4.4.2　主控制單元的設(shè)計(jì) 195
4.4.3　為什么不使用單周期實(shí)現(xiàn)方式 201
4.5　多周期實(shí)現(xiàn) 202
4.6　流水線概述 203
4.6.1　面向流水線的指令集設(shè)計(jì) 206
4.6.2　流水線冒險(xiǎn) 207
4.6.3　小結(jié) 212
4.7　流水線數(shù)據(jù)通路與控制 213
4.7.1　圖形化表示的流水線 221
4.7.2　流水線控制 224
4.8　數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)：旁路與阻塞 227
4.9　控制冒險(xiǎn) 237
4.9.1　假定分支不發(fā)生 238
4.9.2　縮短分支的延遲 238
4.9.3　動態(tài)分支預(yù)測 241
4.9.4　小結(jié) 244
4.10　異常 245
4.10.1　MIPS體系結(jié)構(gòu)中的異常處理 245
4.10.2　流水線實(shí)現(xiàn)中的異常 246
4.11　指令級并行 249
4.11.1　推測