計算機系統平臺 (第2版) 何穎 9787563570850 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
《計算機系統平台（第2版）》主要介紹計算機硬體系統中的重要概念，並且尋找硬體系統與程序開發執行過程的關係。
《計算機系統平台（第2版）》共分7章，主要內容包括計算機系統概述、數字邏輯電路分析與設計基礎、高級語言中數據的機器級表示與處理、高級語言程序的轉換與機器級表示、可執行程序在計算機中的執行過程、計算機存儲程序和數據的方式、高級語言中輸入/輸出操作的實現。
《計算機系統平台（第2版）》將簡單易懂的C語言程序與計算機硬體系統的重要概念結合起來，幫助讀者發掘計算機軟體系統與硬體系統的聯繫，從而建立完整的計算機整體概念。
《計算機系統平台（第2版）》適合普通本科和高職院校作為計算機系統基礎課程，幫助學生從計算機系統整體角度去理解，併為後續專業課程打下基礎。

目錄
第1章 計算機系統概述
1 1 計算機的發展簡史
1 2 計算機發展的時代劃分
1 3 微型計算機
1 3 1 微型計算機的初步印象
1 3 2 微型計算機的發展簡史——Intel CPU的發展
1 4 晶元的製造
1 4 1 從晶體管到集成電路晶元
1 4 2 集成電路晶元的製造過程
1 5 計算機系統的組成
1 5 1 計算機硬體組成
1 5 2 計算機軟體組成
1 6 計算機系統的抽象層次結構
1 7 程序的開發與執行過程
1 7 1 計算機執行的簡單實例
1 7 2 可執行文件在硬體上的執行
1 8 計算機性能評價
1 9 用基準程序對計算機進行性能評估
1 10 雲計算、普適化、物聯網、智能化
1 11 總結
習題
第2章 數字邏輯電路分析與設計基礎
2 1 模擬電路與數字電路的關係
2 2 布爾代數與數字電路的關係
2 2 1 基本邏輯運算
2 2 2 邏輯函數的表示方法
2 2 3 邏輯函數的化簡與實現
2 3 組合邏輯電路分析與設計
2 3 1 組合邏輯電路的分析
2 3 2 組合邏輯電路的設計
2 4 觸發器
2 4 1 基本RS觸發器
2 4 2 同步RS觸發器
2 4 3 主從RS觸發器
2 4 4 主從JK觸發器
2 4 5 D觸發器
2 4 6 T觸發器
2 5 時序邏輯電路分析與設計
2 5 1 同步時序邏輯電路的分析
2 5 2 同步時序邏輯電路的設計
習題
第3章 高級語言中數據的機器級表示與處理
3 1 數制和編碼
3 1 1 進位計數制
3 1 2 定點與浮點表示
3 1 3 數的編碼表示
3 2 C語言中數的表示
3 3 C語言中整數的表示
3 3 1 無符號整數
3 3 2 有符號整數
3 4 C語言中浮點數的表示
3 4 1 浮點數的規格化與IEEE754標準
3 4 2 浮點數的表示範圍
3 5 十進位數的表示
3 5 1 用ASCII碼字元表示
3 5 2 用BCD碼表示
3 6 非數值數據的編碼表示
3 6 1 邏輯值
3 6 2 西文字元
3 6 3 漢字字元
3 7 數據的寬度和存儲
3 7 1 計算機中數據的單位
3 7 2 計算機中數據存儲和排列
3 8 數據的基本運算
3 8 1 按位運算
3 8 2 邏輯運算
3 8 3 移位運算
3 8 4 整數加減運算
第4章 高級語言程序的轉換及機器級表示
第5章 可執行程序在計算機中的執行過程
第6章 計算機存儲程序和數據的方式
第7章 高級語言中輸入/輸出操作的實現
參考文獻

前言/序言
后PC時代的到來，對計算機專業學生的能力要求不僅僅是編寫應用程序，而且需要具有計算機系統觀，能夠進行軟、硬體協同設計。學生在學習計算機專業課程時，對計算機系統知識的理解大多存在孤立性、片段性，好比只看到了一節節單獨的火車車廂，而沒有將這些火車車廂連接起來，形成一列完整的火車，只有完整的火車才有它本來的價值。所謂完整的火車即是系統能力，即具備能夠站在系統的高度考慮和解決應用問題的能力。「計算機系統平台」是一門將這些計算機專業知識進行連接、整合的課程，幫助學生樹立計算機系統觀，即對計算機系統有一個整體的認識，幫助學生在以後的編程或學習相關應用技術時，能站在計算機系統的高度考慮和解決問題。
中國共產黨第二十次全國代表大會報告指出「必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，開闢發展新領域新賽道，不斷塑造發展新動能新優勢。」為了展現中國近年來在世界科技創新領域取得的重大成果，本書在相關章節加入了中國超級計算機、CPU晶元、存儲器晶元、輸入/輸出設備以及國產操作系統的介紹，讓學生體會到自主創新的重要性，推進了學生文化自信自強的培養，也增強了學生的民族自豪感。
本書的目標定位是實現計算機應用型人才的系統能力培養目標，幫助計算機專業學生對計算機系統建立一個整體認識，具體來說就是理解高級語言（本書以C語言為例）程序是如何編譯形成彙編語言，然後生成機器語言並被計算機識別，最終在計算機硬體上執行的。這個過程將計算機專業知識如高級語言（C語言）、操作系統、指令集架構、微體繫結構、數字邏輯電路等串接、彙集在一起。我們希望能夠培養學生在計算機系統層面的認知能力、分析能力和解決問題的能力，培養具有系統觀的應用型人才。
本書由7章組成。第1章主要介紹計算機、晶元的發展歷史以及集成電路的製造過程，以一個C程序的編譯、鏈接生成機器指令並在模型機上執行過程為例簡要概述了計算機系統的層次結構，解析從高級語言如何到達底層電子器件。讓學生對計算機的發展歷史和計算機系統有一個基本而完整的認識。第2章主要介紹數字邏輯電路的基礎知識，從而為在後續章節中分析計算機各大部件奠定基礎。主要從數字電路的概念、其與布爾代數的關係、布爾代數的基本公式、常用定理和化簡等過渡到如何分析與設計簡單組合邏輯電路以及簡單同步時序邏輯電路。第3章主要介紹計算機底層中的各種數據表示、運算與高級語言中各種數據表示、運算的關係。首先以C語言為例，介紹了原碼、反碼、補碼、定點數、浮點數等與C語言中定義的類型如整型、浮點型、無符號數等的對應關係，讓學生明白高級語言中的數據在計算機底層是如何表示和存儲的；然後結合C語言中的運算說明計算機底層中的運算是如何實現的；最後介紹了簡單定點運算器的組成，其中重點介紹ALU是如何設計出來的。第4章主要介紹高級語言如何轉換為底層的機器語言。從Intel最簡單的8086微處理器過渡到32位微處理器IA-32，介紹了兩款微處理器的指令系統、寄存器組織、常用指令及操作，從而幫助學生讀懂簡單的IA-32的彙編語言程序。最後介紹了C語言中主要的函數調用語句、選擇語句和循環語句轉換為對應的彙編指令的過程，讓學生清楚地看到高級語言中的常用語句是如何轉換為底層的機器級指令的。第5章主要介紹被轉換為底層機器級指令的執行過程以及在CPU中執行的數據通路是怎樣的。介紹了涉及數據通路的CPU的組成，包括寄存器、運算器、控制器以及時序系統；之後以一個簡單的實例，配以時序系統和由4條簡單指令構成的指令系統，討論4條指令在模型機上的微操作序列，數據通路的情況以及控制器的設計。第6章主要介紹主存儲器與CPU的連接、寫入和讀出的過程，以及PC中如何擴展半導體存儲器以及了解高速緩存的結構。重點介紹主存儲器與CPU連接，以及「裝入」「存儲」機器指令的操作過程。第7章主要介紹高級語言中輸入/輸出函數與底層輸入/輸出指令的對應關係以及最終在計算機底層實現的過程。以一個C語言小程序為例簡單介紹了I/O子系統的概念、作用以及過程，進一步說明查詢、中斷和DMA三種方式在底層實現的過程。
本書是全國高等院校計算機基礎教育研究會教改課題（課題編號：2023-AFCEC-410）的研究成果。參与本書編寫的作者有何穎、楊志奇、李春閣、呂蔚、魏繼增、蔣輝、胡天肖。由於計算機技術在不斷發展，加之作者水平有限，書中難免有不妥之處，敬請讀者批評指正。