编程卓越之道（深入理解计算机）

1  编写卓越代码须知
1.1  编程卓越之道系列    1
1.2  本卷内容    3
1.3  本卷所做的假设    5
1.4  卓越代码的各项特征    6
1.5  本卷涉及的环境    7
1.6  获取更多信息    8
2  数值表示
2.1  什么是数    10
2.2  计数系统（Numbering System）    11
2.2.1  十进制位值计数系统    11
2.2.2  进制（基数）    12
2.2.3  二进制计数系统    13
2.2.4  十六进制计数系统    15
2.2.5  八进制（基数为8）计数系统    18
2.3  数/字符串转换    19
2.4  数的内部表示    21
2.4.1  位（bits）    21
2.4.2  位串    22
2.5  有符号数与无符号数    24
2.6  二进制数一些有用的特性    25
2.7  符号扩展，零扩展，以及缩减    27
2.8  饱和操作（saturation）    30
2.9  二进制编码的十进制（BCD）表示法    31
2.10  定点表示法    33
2.11  比例数格式（scaled numeric formats）    35
2.12  有理数表示法    38
2.13  获取更多信息    38
3  二进制算术与位运算
3.1  二进制数与十六进制数的算术运算    39
3.1.1  二进制加法    40
3.1.2  二进制减法    41
3.1.3  二进制乘法    42
3.1.4  二进制除法    43

3.2  位逻辑运算    46
3.3  二进制数和位串（bit string）的逻辑运算    47
3.4  有用的位运算    48
3.4.1  使用与运算检测位串的各个位    48
3.4.2  使用与运算来检测一组位是零/非零    49
3.4.3  比较一个位串中的一组位    49
3.4.4  使用逻辑与创建模-n计数器（Modulo-n Counters）    51
3.5  移位（Shift）与循环移位（Rotate）    52
3.6  位域与打包（packed）数据    55
3.7  打包与解包数据    60
3.8  获取更多信息    64
4  浮点表示法
4.1  浮点运算简介    66
4.2  IEEE浮点数格式    71
4.2.1  单精度浮点格式    72
4.2.2  双精度浮点格式    74
4.2.3  扩展精度浮点格式    74
4.3  规格化（normalization）与反向规格化（denormalized）数    75
4.4  舍入（rounding）    77
4.5  特殊的浮点数    78
4.6  浮点异常    79
4.7  浮点运算    80
4.7.1  浮点表示    80
4.7.2  浮点加法与减法    81
4.7.3  浮点乘法与除法    92
4.8  获取更多信息    100
5  字符表示法
5.1  字符数据    104
5.1.1  ASCII字符集    104
5.1.2  EBCDIC字符集    107
5.1.3  双字节字符集    108
5.1.4  Unicode字符集    109
5.2  字符串    110
5.2.1  字符串格式    111
5.2.2  字符串类型：静态，伪动态，以及动态字符串    116
5.2.3  字符串引用计数    117
5.2.4  Delphi/Kylix字符串    118
5.2.5  创建你自己的字符串格式    119
5.3  字符集合    119
5.3.1  字符集合的幂集表示法    120
5.3.2  字符集合的列表表示法    120

5.4  设计你自己的字符集    121
5.4.1  设计一种高效的字符集    122
5.4.2  为数字分组字符码    124
5.4.3  分组字母字符    124
5.4.4  比较字母字符    126
5.4.5  其他字符分组    128
5.5  获取更多信息    131
6  内存组织与访问
6.1  基本的系统组成部分    134
6.1.1  系统总线    134
6.1.2  地址总线    135
6.1.3  控制总线    136
6.2  内存物理组织    137
6.2.1 8  位地址总线    139
6.2.2  16位数据总线    140
6.2.3  32位数据总线    142
6.2.4  64位总线    143
6.2.5  在非80x86处理器上访问小数据单位    143
6.3  大端组织与小端组织    144
6.4  系统时钟    149
6.4.1  内存访问与系统时钟    151
6.4.2  等待状态    152
6.4.3  高速缓存内存    153
6.5  CPU内存访问    157
6.5.1  直接内存寻址模式    158
6.5.2  间接寻址模式    158
6.5.3  变址寻址模式    159
6.5.4  比例变址寻址模式    160
6.6  获取更多信息    160
7  复合数据类型与内存对象
7.1  指针类型    162
7.1.1  指针的实现    163
7.1.2  指针与动态内存分配    164
7.1.3  指针操作与指针运算    164
7.2  数组    169
7.2.1  数组声明    169
7.2.2  数组在内存中的表示    172
7.2.3  访问数组元素    173
7.2.4  多维数组    174
7.3  记录/结构    181
7.3.1  Pascal/Delphi中的记录    181
7.3.2  C/C++中的记录    182
7.3.3  HLA中的记录    182
7.3.4  记录的内存存储    183
7.4  判别式联合    185
7.4.1  C/C++中的联合    186
7.4.2  Pascal/Delphi/Kylix中的联合    186
7.4.3  HLA中的联合    187
7.4.4  联合的内存存储    187
7.4.5  联合的其他用途    188
7.5  获取更多信息    189
8  布尔逻辑与数字设计
8.1  布尔代数    192
8.1.1  布尔运算符    192
8.1.2  布尔代数的公理    192
8.1.3  布尔运算符优先级    194
8.2  布尔函数与真值表    194
8.3  函数号    197
8.4  布尔表达式的代数运算    198
8.5  标准型    199
8.5.1  最小项之和标准型与真值表    200
8.5.2  使用代数方法得到最小项之和标准型    202
8.5.3  最大项之积标准型    203
8.6  布尔函数化简    204
8.7  但是，这些和计算机又有什么关系呢？    212
8.7.1  电子线路与布尔函数的对应    213
8.7.2  组合电路    214
8.7.3  时序与钟控逻辑（Sequential and Clocked Logic）    220
8.8  获取更多信息    224
9  CPU体系结构
9.1  CPU设计基础    225
9.2  指令解码与执行：随机逻辑与微码    228
9.3  指令执行详解    229
9.3.1  mov指令    230
9.3.2  add指令    232
9.3.3  jnz指令    234
9.3.4  loop指令    234
9.4  并行——提高处理速度的关键    235
9.4.1  预取队列    238
9.4.2  妨碍预取队列性能的情况    242
9.4.3  流水线操作——重叠执行多条指令    243
9.4.4  指令高速缓存——提供访问内存的多条通路    247
9.4.5  流水线相关（pipeline hazards）    249
9.4.6  超标量运算——并行执行指令    251
9.4.7  乱序执行（Out-of-Order Execution）    253
9.4.8  寄存器重命名    253
9.4.9  甚长指令字（VLIW）体系结构    255
9.4.10  并行处理    255
9.4.11  多处理    257
9.5  获取更多信息    258
10  指令集体系结构
10.1  指令集设计的重要性    260
10.2指令设计基本目标    261
10.2.1  选择指令长度    263
10.2.2  规划未来    265
10.2.3  选择指令    266
10.2.4  给指令指派操作码    266
10.3  Y86假想处理器    267
10.3.1  Y86的限制    268
10.3.2  Y86指令    268
10.3.3  Y86的寻址模式    270
10.3.4  Y86指令编码    271
10.3.5  Y86指令编码举例    274
10.3.6  扩展Y86指令集    278
10.4  80x86指令编码    279
10.4.1  编码指令操作码    281
10.4.2  add指令编码的例子    287
10.4.3 编码立即操作数    291
10.4.4  8，16，与32位操作数编码    292
10.4.5  指令的替代编码（alternate encoding）    292
10.5  指令集设计对程序员的意义    293
10.6  获取更多信息    293
11  内存体系结构与组织
11.1  内存层次结构    295
11.2  内存层次结构是如何工作的    298
11.3  内存子系统的相对性能    300
11.4  高速缓存体系结构    302
11.4.1  直接映射高速缓存    303
11.4.2  全相联高速缓存    304
11.4.3  n路组相联高速缓存    304
11.4.4高速缓存方案与数据访问类型的匹配    305
11.4.5  缓存线替换策略    306
11.4.6  写数据到内存中    307
11.4.7  高速缓存使用与软件    308
11.5  虚存，保护，以及页面调度    309
11.6  颠簸    312
11.7  NUMA与外围设备    313
11.8  编写理解内存层次结构的软件    314
11.9  运行时内存组织    316
11.9.1  静态与动态对象，绑定，以及生命期    317
11.9.2  代码，只读，以及常量段    319
11.9.3  静态变量段    319
11.9.4  未初始化存储（BSS）段    319
11.9.5  栈段    320
11.9.6  堆段与动态内存分配    321
11.10  获取更多信息    328
12  输入与输出（I/O）
12.1  将CPU与外界相连    330
12.2  将端口连接到系统的其他方式    333
12.3  I/O机制    334
12.3.1  内存映射输入输出    334
12.3.2  输入输出与高速缓存    335
12.3.3  I/O映射输入/输出    335
12.3.4  直接内存访问（DMA）    336
12.4  输入输出速度等级    337
12.5  系统总线与数据传输率    338
12.5.1  PCI总线的性能    339
12.5.2  ISA总线的性能    340
12.5.3  AGP总线    341
12.6  缓冲    341
12.7  握手    342
12.8  I/O端口的超时    343
12.9  中断与轮询方式I/O    344
12.10  保护模式操作与设备驱动程序    345
12.10.1  设备驱动程序（Device Drivers）    346
12.10.2  与设备驱动程序以及“文件”通信    347
12.11  深入研究各种PC外设    347
12.12  键盘    348
12.13  标准PC并口    349
12.14  串口    351
12.15  磁盘驱动器    352
12.15.1  软盘驱动器    352
12.15.2  硬盘驱动器    352
12.15.3  RAID系统    358
12.15.4  Zip与其他光读软盘驱动器    359
12.15.5  光驱（optical drive）    359
12.15.6  CD-ROM，CD-R，CD-R/W，DVD，DVD-R，
       DVD-RAM与DVD-R/W驱动器    360
12.16  磁带驱动器    362
12.17  闪存    363
12.18  RAM盘与半导体盘    365
12.19  SCSI设备与控制器    367
12.20  IDE/ATA接口    372
12.21  大容量存储设备上的文件系统    374
12.21.1  使用空闲空间位图（bitmap）管理文件    377
12.21.2  文件分配表    378
12.21.3  块表文件组织    381
12.22  编写处理大容量存储设备上的数据的软件    385
12.22.1  文件访问性能    386
12.22.2  同步与异步I/O    387
12.22.3  I/O类型的影响    388
12.22.4  内存映射文件    389
12.23  通用串行总线（USB）    390
12.23.1  USB的设计    390
12.23.2  USB的性能    392
12.23.3 USB传输的类型    393
12.23.4  USB设备驱动程序    395
12.24  鼠标，触控板与其他指点设备    396
12.25  操纵杆与游戏控制器    397
12.26  声卡    399
12.26.1  音频接口外设如何产生声音    400
12.26.2  音频与MIDI文件格式    401
12.26.3  编程处理音频设备    403
12.27  获取更多信息    403
运用底层语言思想
编写高级语言代码
A  ASCII字符集