作为软件开发者、系统设计师或计算机体系结构专业的学生，在你试图学习数字设备体系结构的系统介绍时，是否被现代系统的复杂性搞得不知所措？本书借助实际示例和练习来教你理解现代计算机系统的工作原理。你将深入了解处理器内部直至电路级的行为，并理解硬件如何执行用高级语言开发的代码。 本书将教授计算机系统的基础知识，包括晶体管、逻辑门、时序逻辑和指令流水线。你将学习现代处理器体系结构及x86、x64、ARM和RISC-V等指令集的细节。你将了解如何在低成本FPGA开发板上实现RISC-V处理器，以及如何编写量子计算程序并在实际量子计算机上运行。 相较于上一版，本书增加了网络安全、区块链、比特币挖矿以及自动驾驶汽车等重要领域的体系结构和设计原理。 最后，你将全面理解现代处理器和计算机体系结构，以及这些技术可能的未来方向。

序
前言
作者简介
审校者简介
第1章 计算机体系结构简介
1.1 自动计算设备的发展
1.1.1 查尔斯·巴贝奇的分析机
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 使用电压电平表示数据值
1.3.2 二进制数和十六进制数
1.3.3 6502微处理器
1.3.4 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 内存加载和存储指令
3.4.2 寄存器到寄存器的数据传输指令
3.4.3 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 I/O操作
3.6.1 程序查询I/O
3.6.2 中断驱动I/O
3.6.3 直接内存访问
3.7 总结
3.8 习题
第4章 计算机系统组件
4.1 内存子系统
4.2 MOSFET简介
4.3 用MOSFET构建DRAM电路
4.3.1 电容器
4.3.2 DRAM位单元
4.3.3 DDR5 SDRAM
4.3.4 GDDR5
4.3.5 预取
4.4 I/O子系统
4.4.1 并行数据总线和串行数据总线
4.4.2 PCI Express
4.4.3 SATA
4.4.5 USB
4.4.6 Thunderbolt
4.5 图形显示
4.5.1 VGA
4.5.2 DVI
4.5.3 HDMI
4.5.4 DisplayPort
4.6 网络接口
4.6.1 以太网
4.6.2 Wi-Fi
4.7 键盘和鼠标
4.7.1 键盘
4.7.2 鼠标
4.8 现代计算机系统规格
4.9 总结
4.10 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 可信引导
5.3.4 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 ADC和DAC
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7章 处理器和存储器体系结构
7.1 冯·诺伊曼体系结构、哈佛体系结构、改进型哈佛体系结构
7.1.1 冯·诺伊曼体系结构
7.1.2 哈佛体系结构
7.1.3 改进型哈佛体系结构
7.2 物理内存和虚拟内存
7.2.1 分页虚拟内存
7.2.2 页面状态位
7.2.3 内存池
7.3 内存管理单元
7.4 总结
7.5 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 组相联缓存
8.1.6 全相联缓存
8.1.7 处理器缓存写策略
8.1.8 二级处理器缓存和三级处理器缓存
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 处理器的特权模式
9.1.1 中断处理和异常处理
9.1.2 保护环
9.1.3 监管模式和用户模式
9.1.4 系统调用
9.2 浮点数运算
9.2.1 8087浮点协处理器
9.2.2 IEEE 754浮点数标准
9.3 功耗管理
9.4 系统安全管理
9.4.1 可信平台模块
9.4.2 网络攻击防御
9.5 总结
9.6 习题
第10章 现代处理器体系结构与指令集
10.1 x86体系结构与指令集
10.1.1 x86寄存器集
10.1.2 x86寻址方式
10.1.3 x86指令类别
10.1.4 x86指令格式
10.1.5 x86汇编语言
10.2 x64体系结构与指令集
10.2.1 x64寄存器集
10.2.2 x64指令类别与格式
10.2.3 x64汇编语言
10.3 32位ARM体系结构与指令集
10.3.1 ARM寄存器集
10.3.2 ARM寻址方式
10.3.3 ARM指令类别
10.3.4 32位ARM汇编语言
10.4 64位ARM体系结构与指令集
10.5 总结
10.6 习题
第11章 RISC-V体系结构与指