本书对现代计算设备进行了介绍，包括其中可能出现的重要技术和子系统，并阐释了设备与其他系统组件之间的关系。全书分为三部分。第一部分介绍计算机体系结构基础知识，包括计算机体系结构的基本概念、数字逻辑、处理器要素、计算机系统组件、硬件-软件接口、专用计算领域。第二部分介绍处理器体系结构及指令集，涉及处理器和存储器体系结构、性能提升技术、专用处理器扩展、现代处理器体系结构及指令集、RISC-V体系结构及指令集。第三部分介绍计算机体系结构的应用，包括处理器虚拟化、领域专用计算机体系结构、计算机体系结构的未来发展方向。 本书适用于软件开发人员、计算机专业学生、系统设计师、计算机科学家、逆向工程师，以及所有希望理解现代计算机系统（从微型嵌入式设备到智能手机，再到仓储规模的云服务器群等）的体系结构和设计原则的人。

前言
第一部分 计算机体系结构基础知识
第1章 计算机体系结构简介
1.1 自动化计算设备的演进
1.1.1 巴贝奇分析机
1.1.2 ENIAC
1.1.3 IBM PC
1.1.4 iPhone
1.2 摩尔定律
1.3 计算机体系结构
1.3.1 二进制数和十六进制数
1.3.2 6502微处理器
1.3.3 6502指令集
1.4 总结
1.5 习题
第2章 数字逻辑
2.1 电路
2.2 晶体管
2.3 逻辑门
2.4 锁存器
2.5 触发器
2.6 寄存器
2.7 加法器
2.8 时钟
2.9 时序逻辑
2.10 硬件描述语言
2.11 总结
2.12 习题
第3章 处理器要素
3.1 一个简单的处理器
3.1.1 控制单元
3.1.2 算术逻辑单元
3.1.3 寄存器
3.2 指令集
3.3 寻址方式
3.3.1 立即寻址方式
3.3.2 绝对寻址方式
3.3.3 绝对索引寻址方式
3.3.4 间接索引寻址方式
3.4 指令类型
3.4.1 内存加载指令和存储指令
3.4.2 寄存器到寄存器的数据传送指令
3.4.3 堆栈指令
3.4.4 算术运算指令
3.4.5 逻辑运算指令
3.4.6 分支指令
3.4.7 子程序调用和返回指令
3.4.8 处理器标志指令
3.4.9 中断相关的指令
3.4.10 空操作指令
3.5 中断处理
3.5.1 IRQ处理
3.5.2 NMI处理
3.5.3 BRK指令处理
3.6 输入/输出操作
3.6.1 程序查询I/O
3.6.2 中断驱动I/O
3.6.3 直接存储器访问
3.7 总结
3.8 习题
第4章 计算机系统组件
4.1 技术要求
4.2 内存子系统
4.3 MOSFET简介
4.4 用MOSFET构建DRAM电路
4.4.1 电容器
4.4.2 DRAM位单元
4.4.3 DDR4 SDRAM
4.4.4 GDDR
4.4.5 预取
4.5 I/O子系统
4.5.1 串行数据总线和并行数据总线
4.5.2 PCI Express
4.5.3 SATA
4.5.4 M.
4.5.5 USB
4.5.6 Thunderbolt
4.6 图形显示
4.6.1 VGA
4.6.2 DVI
4.6.3 HDMI
4.6.4 DisplayPort
4.7 网络接口
4.7.1 以太网
4.7.2 Wi-Fi
4.8 键盘和鼠标
4.8.1 键盘
4.8.2 鼠标
4.9 现代计算机系统规范
4.10 总结
4.11 习题
第5章 硬件-软件接口
5.1 设备驱动程序
5.1.1 并行端口
5.1.2 PCIe设备驱动程序
5.1.3 设备驱动程序结构
5.2 BIOS
5.3 引导过程
5.3.1 BIOS引导
5.3.2 UEFI引导
5.3.3 嵌入式设备
5.4 操作系统
5.5 进程和线程
5.6 多处理
5.7 总结
5.8 习题
第6章 专用计算领域
6.1 实时计算
6.2 数字信号处理
6.2.1 模数转换器和数模转换器
6.2.2 DSP硬件特性
6.2.3 信号处理算法
6.3 GPU处理
6.4 专用体系结构示例
6.5 总结
6.6 习题
第二部分 处理器体系结构和指令集
第7章 处理器和存储器体系结构
7.1 技术要求
7.2 冯·诺依曼体系结构、哈佛体系结构、改进型哈佛体系结构
7.2.1 冯·诺依曼体系结构
7.2.2 哈佛体系结构
7.2.3 改进型哈佛体系结构
7.3 物理内存和虚拟内存
7.4 分页虚拟内存
7.4.1 页面状态位
7.4.2 内存池
7.5 内存管理单元
7.6 总结
7.7 习题
第8章 性能提升技术
8.1 高速缓存
8.1.1 多级处理器缓存
8.1.2 静态RAM
8.1.3 一级缓存
8.1.4 直接映射缓存
8.1.5 组相联映射缓存
8.1.6 全相联映射缓存
8.1.7 处理器缓存写策略
8.1.8 二级缓存和三级缓存
8.2 指令流水线
8.2.1 超流水线
8.2.2 流水线冒险
8.2.3 微操作和寄存器重命名
8.2.4 条件分支
8.3 同时多线程
8.4 SIMD处理
8.5 总结
8.6 习题
第9章 专用处理器扩展
9.1 技术要求
9.2 处理器的特权模式
9.2.1 中断和异常处理
9.2.2 保护环
9.2.3 监控模式和用户模式
9.2.4 系统调用
9.3 浮点数运算
9.3.1 8087浮点协处理器
9.3.2 IEEE 754浮点数标准
9.4 功耗管理
9.5 系统安全管理
9.6 总结
9.7 习题
第10章 现代处理器体系结构与指令集
10.1 技术要求
10.2 x86体系结构与指令集
10.2.1 x86寄存器集
10.2.2 x86寻址方式
10.2.3 x86指令类别
10.2.4 x86指令格