前言
本书全面分析了计算机的基本组成原理和最新设计技术,旨在培养读者深入理解计算机硬件设计的能力,帮助读者利用所学知识解决专业领域具体问题。
教材特色
(1) 讨论设计技术。教材在理论方面讨论了图灵机结构、冯·诺依曼结构、数据存储的局部性原理、CPU流水线结构、GPU并行计算、分布式计算问题等; 在新技术方面,讨论了计算机集群结构、Hadoop分布式计算平台、ARM、PowerPC嵌入式系统结构、云计算等内容; 在实用技术方面,讨论了国产化自主可控计算机等内容。教材在力求保持学科广度的同时,兼顾学科深度,并对所涉及的主题给出具体的应用案例。
(2) 解决工程问题。教材以工业计算机在工程实际中的应用为案例,讨论和分析计算机工业控制和应用等问题。例如,介绍了工业物联网技术、智慧工厂的数据采集与传输、嵌入式计算在车载加固计算机领域的应用、嵌入式技术在航电系统中的应用等。通过工程实际案例的教学,使学生更加深入地理解计算机的设计与应用。
(3) 讲解通俗易懂。作者从学生的角度出发,按照学生理解问题的思路和方式来写作,力求教材内容通俗易懂,图文并茂。全书通过大量的图表和案例,通俗地介绍和分析一些复杂的知识结构和难以理解的技术问题。例如,讲解各种常用系统结构时,案例尽量图形化、表格化,而不是利用计算公式对系统结构进行说明。
主要内容
本书分为两大部分。第一部分(第1~8章)首先分析和讨论了计算机硬件设备最基本的操作——编码、存储、传输、计算; 然后讨论和分析了台式机、服务器、计算机集群。第二部分(第9~11章)主要讨论工业计算机的设计技术及其在企业和军事领域的应用,分析了车载加固计算机、航空计算机、舰载计算机等设计案例。
对各章内容简要介绍如下。
第1章主要介绍计算机技术指标、计算机基准测试、系统设计中的问题、二进制数据的编码、图灵机结构与原理、冯·诺依曼计算机结构、新型计算机等。
第2章主要分析和讨论数据存储技术,内容包括高速缓存的结构与原理、内存结构与设计技术、闪存结构与设计技术、硬盘结构与原理、存储设备常用接口。
第3章主要分析和讨论计算机数据传输技术,内容包括信号完整性分析、并行与串行传输的优点与缺点、数据传输中的控制方法、数据的纠错编码等。
第4章主要分析和讨论CPU组成与设计技术,内容包括CISC和RISC指令系统、CPU基本结构、CPU制程工艺、CPU流水线技术、x86系列CPU、ARM系列CPU、PowerPC系列CPU、国产化CPU等。
第5章主要分析和讨论GPU原理与应用开发技术,内容包括GPU硬件结构、GPU图形显示技术、GPU并行计算原理、CUDA并行计算、OpenCL并行计算等。
第6章主要分析和讨论台式计算机技术,内容包括ATX主板技术、主板典型电路设计技术、BIOS工作原理、系统引导过程、PCI总线、PCIE总线、USB总线等。
第7章主要分析和讨论服务器技术,内容包括PC服务器结构、服务器设计技术、SAS接口技术、磁盘冗余阵列、服务器管理接口IPMI、KVM控制技术等。
第8章主要分析和讨论计算机集群技术,内容包括集群系统典型结构、集群系统硬件设备、集群系统管理软件、高性能集群系统、高可用集群系统、负载均衡集群系统、集群系统存储网络、Hadoop分布式计算平台、BOINC网格分布式计算等。
第9章主要分析和讨论工业计算机技术,内容包括工业计算机概述、工业计算关键技术、CPCI工业计算机、VPX工业计算机、ATCA工业计算机等。
第10章主要分析和讨论工业计算基本特征、工业物联网应用、智能工厂设计案例、工业云技术。
第11章主要分析和讨论计算机在军事领域的应用,内容主要包括军用计算机概述、军用计算机设计技术、军用计算机内部总线以及设计与应用案例等。
致谢
本书由夏显忠编著,易建勋、彭超鹏、徐磊、陈龙、王浩、刘理鹏、黄江峰、潘旭亮、谭怀亮、徐瑶等参与了书稿的校对工作。因特网上的技术资料给作者提供了极大的帮助,非常感谢这些网络文献作者。
尽管我们非常认真努力地写作,但书中难免有疏漏之处,恳请广大读者批评指正。
夏显忠2020年1月