现代计算机系统与网络（原书第5版）

　　本书包含五个部分，共18章。部分是信息系统中的计算机导论，简要说明组成现代计算机系统的每个组件。其余四个部分分别讲述计算机体系结构的一个方面。第二部分论述计算机中数据的作用和表示方法式。第三部分介绍硬件体系结构和操作的概念，讲解计算机的组件并展示这些组件如何协作起来执行计算机指令，还探讨了CPU、内存和I/O外设之间的交互。第四部分对计算机网络原理进行介绍。第五部分探讨系统软件，即用户和应用程序可访问的、管理计算机系统和组件资源的程序。除了教材中使用的大量实例外，网络补充章节也提供了很多实例研究。

　　埃夫﹒恩格兰德（Irv Englander） 本特利大学荣休教授。他拥有麻省理工学院（MIT）计算机科学博士学位，从事计算机方面的研究已经超过50年，涉及逻辑电路、计算机控制系统、操作系统和应用软件等众多领域。：译者简介：朱利 西安交通大学软件学院副教授、博士生导师，现任教学科研副院长。主要研究方向包括高等计算机网络和高性能计算，以及软件度量和质量控制。

出版者的话

译者序

前言

第一部分　计算机系统概述

第1章　计算机和系统 3

1.0　引言 3

1.1　起点 6

1.2　计算机系统的组成 8

1.2.1　硬件组件 9

1.2.2　软件组件 11

1.2.3　通信组件 12

1.2.4　计算机系统 12

1.3　虚拟化的概念 14

1.4　协议和标准 14

1.5　本书概览 15

1.6　计算机体系结构简史 16

1.6.1　早期工作 17

1.6.2　计算机硬件 18

1.6.3　操作系统 20

1.6.4　通信、网络和互联网 24

小结与回顾 25

扩展阅读 25

复习题 26

习题 26

第2章　系统概念和系统架构简介 27

2.0　引言 27

2.1　系统的一般概念 27

2.2　IT系统的架构 32

2.2.1　分布式处理系统 34

2.2.2　系统架构师的作用 42

2.2.3　谷歌：系统架构实例 42

2.2.4另一个实例：Facebook的应用架构 45

小结与回顾 46

扩展阅读 47

复习题 47

习题 47

第二部分　计算机中的数据

第3章　数值系统 51

3.0　引言 51

3.1　作为物理表示的数值 51

3.2　不同进制的计数 52

3.3　不同进制下的算术运算 55

3.4　不同进制下的数值转换 57

3.5　十六进制数和算术 59

3.6　特殊转换情况—相关的进制 60

3.7　小数 61

3.8　混合数值转换 65

小结与回顾 65

扩展阅读 66

复习题 66

习题 67

第4章　数据格式 70

4.0　引言 70

4.1　概述 70

4.2　字母字符数据 72

4.3　可视数据 77

4.3.1　位图图像 78

4.3.2　对象图像 81

4.3.3　将字符表示为图像 83

4.3.4　视频图像 84

4.4　音频数据 85

4.5　数据压缩 87

4.6　页面描述语言 89

4.7　计算机内部的数据格式 89

小结与回顾 91

扩展阅读 92

复习题 92

习题 93

第5章　数值数据表示 96

5.0　引言 96

5.1无符号二进制数和二进制编码的十进制表示 96

5.2　有符号整型数的表示 99

5.2.1　符号-幅值表示法 99

5.2.2以9为基的十进制补码表示和以1为基的二进制补码表示 101

5.2.3　10的补码和2的补码 105

5.2.4　溢出条件和进位条件 107

5.2.5　其他进制 108

5.2.6　补码数值的规则小结 109

5.3　实数 109

5.3.1　指数记数法回顾 109

5.3.2　浮点数格式 111

5.3.3　规格化和浮点数的格式化 113

5.3.4　编程实例 114

5.3.5　浮点数计算 115

5.3.6　计算机中的浮点数 117

5.3.7　十进制和二进制之间的转换 119

5.4　编程注意事项 120

小结与回顾 120

扩展阅读 121

复习题 121

习题 122

第三部分　计算机体系结构和硬件操作

第6章　“小伙计”计算机 129

6.0　引言 129

6.1　“小伙计”计算机的结构 129

6.2　“小伙计”计算机的操作 130

6.3　一个简单的程序 132

6.4　一个扩展的指令集 133

6.5　指令周期 135

6.6　关于计算机体系结构的说明 138

小结与回顾 138

复习题 138

习题 139

第7章　CPU和内存 141

7.0　引言 141

7.1　CPU的组成 142

7.2　寄存器的概念 143

7.3　内存单元 145

7.3.1　内存的操作 145

7.3.2　内存容量和寻址限制 148

7.3.3　主存的特征和实现 149

7.4　“取-执行”指令周期 150

7.5　总线 153

7.6　指令类型 156

7.6.1数据移动指令 157

7.6.2　算术指令 159

7.6.3　布尔逻辑指令 159

7.6.4　单操作数操作指令 159

7.6.5　位操作指令 160

7.6.6　移位和循环移位指令 160

7.6.7　程序控制指令 161

7.6.8　栈指令 161

7.6.9　多数据指令 164

7.6.10　其他指令 164

7.7　指令字格式 165

7.8　指令字的需求和约束 166

小结与回顾 168

扩展阅读 169

复习题 169

习题 170

第8章CPU和内存：设计、增强和实现 172

8.0　引言 172

8.1　CPU的架构 173

8.1.1　概述 173

8.1.2　传统的现代架构 173

8.2　CPU的特征与增强 174

8.2.1　概述 174

8.2.2“取-执行”周期的时序问题 175

8.2.3　一种改进CPU性能的模型 176

8.2.4标量和超标量处理器的组成 179

8.3　内存增强 182

8.3.1　宽路径内存访问 183

8.3.2　内存交叉 183

8.3.3　Cache存储器 184

8.4　现代超标量CPU 187

8.5　多处理技术 189

8.6　关于实现的几点评述 191

小结与回顾 192

扩展阅读 192

复习题 193

习题 194

第9章　输入/输出 196

9.0　引言 196

9.1　典型I/O设备的特性 197

9.2　编程式I/O 201

9.3　中断 203

9.3.1　服务中断 203

9.3.2　中断的使用 204

9.3.3　多重中断和优先次序 208

9.4　直接内存访问 211

9.5　I/O控制器 214

小结与回顾 215

扩展阅读 215

复习题 216

习题 216

第10章　计算机外设 218

10.0　引言 218

10.1　存储的层次 219

10.2　固态存储器 220

10.3　磁盘 221

10.4　光盘存储 227

10.5　磁带 229

10.6　显示器 230

10.6.1　显示器的基本设计 230

10.6.2　图形处理单元 232

10.6.3　液晶显示技术 234

10.6.4　OLED显示技术 234

10.7　打印机 235

10.7.1　激光打印机 236

10.7.2　喷墨打印机 236

10.8　用户输入设备 237

10.8.1　键盘