計(jì)算機(jī)組成及匯編語言原理

前言

當(dāng)前，對(duì)于計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類的本科課程，在教學(xué)上的主要困難之一是難以選擇一個(gè)合適的教學(xué)用體系結(jié)構(gòu)。能清楚體現(xiàn)計(jì)算機(jī)組成和體系結(jié)構(gòu)原理的芯片早已過時(shí)；而對(duì)于先進(jìn)的奔騰機(jī)，這些基本原理則淹沒于復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)方法和策略中。本書作者意識(shí)到了目前計(jì)算機(jī)組織和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在教學(xué)選材上的困難，并采取JVM作為教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。這是從新的角度進(jìn)行的有益嘗試。JVM非常簡(jiǎn)單、易于理解，因而可能會(huì)成為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)的最佳用機(jī)之一。但JVM畢竟與真實(shí)計(jì)算機(jī)存在物理差別，為表明這種差別，作者也有針對(duì)性地介紹了其他幾種典型的體系結(jié)構(gòu)。本書的特點(diǎn)是內(nèi)容廣泛且有一定深度，從最基本的電子器件、二進(jìn)制表示和計(jì)算，到iasmin匯編語言程序設(shè)計(jì)，再到現(xiàn)實(shí)世界中存在的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后到JVM高級(jí)編程課題，幾乎涵蓋了所有相關(guān)的主題。并且，在每個(gè)章節(jié)都提供了習(xí)題，以鞏固知識(shí)。本書適合于作為大學(xué)二、三年級(jí)相關(guān)課程的教材或教學(xué)參考書。學(xué)生們通過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，就能基本掌握計(jì)算機(jī)組成的基本原理及匯編語言編程。當(dāng)然，如果學(xué)生們已經(jīng)掌握了計(jì)算機(jī)的最基礎(chǔ)知識(shí)，再學(xué)習(xí)本書則效果更好。本書由三位老師合作翻譯。吳為民翻譯了第1、2、3、4、10章以及附錄A、c、D、E，艾麗華翻譯了第5、6、7、8、9章，張大偉翻譯了附錄B。由于本書的翻譯工作是在繁忙的教學(xué)、科研工作之余完成的，難免有疏漏之處，歡迎各位讀者給予批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書以Java虛擬機(jī)為基礎(chǔ)介紹計(jì)算機(jī)組織和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。前半部分涵蓋了計(jì)算機(jī)組織和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一般原理，以及匯編語言編程的藝術(shù)，后半部分關(guān)注于各種不同CPU在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的特殊細(xì)節(jié)，包括奔騰、8088、Power系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及作為典型嵌入式系統(tǒng)控制芯片例子的Atmel AVR?！　”緯娣从沉薎EEE和ACM對(duì)本科生掌握標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及組成的知識(shí)點(diǎn)要求，適用范圍廣，可作為高等院校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)計(jì)算機(jī)組成課程的教材。

作者簡(jiǎn)介

Patrick Juola 科羅拉多大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)博士，現(xiàn)為迪尤肯大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)系副教授。他的研究興趣包括自然語言處理、語言心理學(xué)及計(jì)算機(jī)安全。他曾在牛津大學(xué)做博士后，在卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)的CERT/CC做訪問科學(xué)家，在PGP公司做專職科學(xué)家。

書籍目錄

出版者的話譯者序前言第一部分　假想計(jì)算機(jī)　第1章　計(jì)算和表示　　  1.1　計(jì)算　　  1.1.1　電子設(shè)備　　  1.1.2　算法機(jī)　　  1.1.3　功能部件　  1.2　數(shù)字和數(shù)值表示　　  1.2.1　數(shù)字表示和位　　  1.2.2　布爾邏輯　　  1.2.3　字節(jié)和字　　  1.2.4　表示　  1.3　虛擬機(jī)　　  1.3.1　什么是虛擬機(jī)　　  1.3.2　可移植性問題　　  1.3.3　超越限制　　  1.3.4　易于升級(jí)　　  1.3.5　安全問題　  　1.3.6　劣勢(shì)　  1.4　JVM編程  　  1.4.1　Java：JVM不是什么    　1.4.2　樣例程序的轉(zhuǎn)換　    1.4.3　高級(jí)語言和低級(jí)語言  　  1.4.4　JVM所看到的樣例程序　  1.5　本章回顧  　1.6　習(xí)題　  1.7　編程習(xí)題　第2章　算術(shù)表達(dá)式  　2.1　符號(hào)表示    　2.1.1　指令集　    2.1.2　操作、操作數(shù)及順序　    2.1.3　基于堆棧的計(jì)算器　  2.2　存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)　　  2.2.1　取指一執(zhí)行周期　　  2.2.2　CISC計(jì)算機(jī)與RIsC計(jì)算機(jī)　　2.3　JVM上的算術(shù)運(yùn)算　　  2.3.1　一般評(píng)述　　  2.3.2　一個(gè)算術(shù)指令集示例　　  2.3.3　堆棧操作　　  2.3.4　匯編語言和機(jī)器碼　　  2.3.5　非法操作　　2.4　一個(gè)樣例程序　　  2.4.1　一個(gè)有注解的例子　　  2.4.2　最終的JVM代碼　　2.5　JVM計(jì)算指令總結(jié)　　2.6　本章回顧　　2.7　習(xí)題　　2.8　編程習(xí)題　第3章　用jasmin進(jìn)行匯編語言編程　  3.1　Java編程系統(tǒng)　  3.2　使用匯編器　　  3.2.1　匯編器　　  3.2.2　運(yùn)行一個(gè)程序　  　3.2.3　顯示到控制臺(tái)還是顯示到窗口　  　　3.2.4　使用Systemout和Systemin　  3.3　匯編語言語句類型　　  3.3.1　指令和注釋　　  3.3.2　匯編指令　　  3.3.3　資源匯編指令　  3.4　例子：隨機(jī)數(shù)生成　　  3.4.1　生成偽隨機(jī)數(shù)　　  3.4.2　在JVM上實(shí)現(xiàn)　　  3.4.3　另一種實(shí)現(xiàn)　　  3.4.4　與Java類交互　  3.5　本章回顧　  3.6　習(xí)題　  3.7　編程習(xí)題　第4章　控制結(jié)構(gòu)　  4.1　他們教給你的都是錯(cuò)誤的  　　4.1.1　再談取指一執(zhí)行　　  4.1.2　轉(zhuǎn)移指令和標(biāo)號(hào)　……第二部分　真實(shí)計(jì)算機(jī)

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.1電子設(shè)備有多少人真正知道計(jì)算機(jī)是什么？如果你問這個(gè)問題，大多數(shù)人會(huì)指向某人桌子上（或者也許是某人公文包中）的一組盒子——這可能是一組由灰色塑料包裝的、外形呆板的方形盒子，并且糾纏了一堆連線，類似于一臺(tái)電視機(jī)。如果窮追細(xì)節(jié)，他們會(huì)指向某個(gè)盒子，稱之為“計(jì)算機(jī)”。不過當(dāng)然也有計(jì)算機(jī)是隱藏在各種日常電子部件內(nèi)部的，它們的作用可能是確保汽車的燃油效率足夠高，解釋來自DVD播放機(jī)的信號(hào)，甚至是確保早餐面包烤得恰到好處。但是對(duì)于大多數(shù)人來說，計(jì)算機(jī)仍然是你從電子商店購(gòu)買的盒子，并且還要常常比較其存儲(chǔ)量（如位數(shù)和字節(jié)數(shù)）和頻率（如千兆赫），但很少有人真正明白其含義。用功能的術(shù)語來說，計(jì)算機(jī)就是一臺(tái)高速的計(jì)算器，平均每秒能執(zhí)行幾千、幾百萬，甚至幾十億的簡(jiǎn)單算術(shù)操作，這些操作由存儲(chǔ)的程序所規(guī)定。大概每千分之一秒左右，汽車中的計(jì)算機(jī)就會(huì)從發(fā)動(dòng)機(jī)中的各個(gè)傳感器讀取一些關(guān)鍵的性能指示數(shù)據(jù)，并對(duì)汽車進(jìn)行微調(diào)以確保運(yùn)轉(zhuǎn)正常。該功能的關(guān)鍵至少有某些部分是在傳感器中，計(jì)算機(jī)本身只處理電信號(hào)。傳感器負(fù)責(zé)確定發(fā)動(dòng)機(jī)究竟運(yùn)轉(zhuǎn)狀況如何，并將這些信息轉(zhuǎn)換成一組電信號(hào)，用以描述或表示發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)。類似，計(jì)算機(jī)所做的調(diào)節(jié)被存儲(chǔ)為電信號(hào)，并被轉(zhuǎn)換成為發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況的實(shí)際變化。電信號(hào)如何能“表示”信息？計(jì)算機(jī)如何精確地處理這些信號(hào)，以達(dá)到精細(xì)的控制而無需任何人的干涉？這種表示問題就是理解計(jì)算機(jī)如何工作以及如何在現(xiàn)實(shí)世界中部署計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)組成及匯編語言原理》以創(chuàng)新的視角介紹了計(jì)算機(jī)組成原理，主要以Java虛擬機(jī)為例，因?yàn)镴ava虛擬機(jī)是一個(gè)極為便利、時(shí)新、可移植以及幾乎到處可得到的平臺(tái)?！队?jì)算機(jī)組成及匯編語言原理》主張讀者在Java虛擬機(jī)的范圍內(nèi)徹底理解計(jì)算機(jī)組成的核心原理，然后將這些原理拓展到其他四個(gè)最主要的平臺(tái)：Intel8088、Pentium4、Power體系結(jié)構(gòu)及AtmelAVR微控制器。使讀者能快速掌握實(shí)際環(huán)境中計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)原理，提高實(shí)踐和應(yīng)用能力?！队?jì)算機(jī)組成及匯編語言原理》主要內(nèi)容·計(jì)算、表示以及虛擬機(jī)的角色。·算術(shù)表達(dá)式：符號(hào)表示、存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)及運(yùn)算?！げ捎妙I(lǐng)先的開源Java匯編器jasmin進(jìn)行匯編語言編程?！膇f語句和循環(huán)到子例程的控制結(jié)構(gòu)?！ふ鎸?shí)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：優(yōu)化CPU、存儲(chǔ)器及外設(shè)?！?088、Pentium及Power：比較其組成、體系結(jié)構(gòu)及匯編語言?！entium和Power體系結(jié)構(gòu)的性能問題，包括流水線?！の⒖刂破鳎航M成、體系結(jié)構(gòu)、接口及程序設(shè)計(jì)?！じ呒?jí)Java虛擬機(jī)編程：復(fù)雜和派生類型、類、繼承、類操作、I/O等?！じ戒浐w了數(shù)字邏輯、Java虛擬機(jī)指令集、操作代碼及類文件格式。

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