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導讀
引用
Patterson, D. A., & Hennessy, J. L. (2017). Computer Organization and Design RISC-V Edition: The Hardware/Software Interface (1st ed.). Morgan Kaufmann.
章節概要
這是 Patterson 與 Hennessy 教材的 RISC-V 版（ISBN 978-0-12-812275-4），Elsevier 標註為696頁，共六章和四個附錄。出版社介紹稱，本版採用 RISC-V，這是一種開源指令集架構，面向雲端計算、移動裝置和嵌入式系統等現代計算環境。介紹還說，全書轉向後 PC 時代，例子、習題和材料突出移動計算與雲，並更新了平板電腦、雲基礎設施以及 x86 和 ARM 架構方面的內容。進階內容、其餘附錄、詞彙表、參考文獻和推薦閱讀放在線上配套網站上。
第1章：電腦抽象與技術
開篇章節建立這一領域的詞彙，呼應本書的副標題「硬體/軟體介面」：電腦如何在多個抽象層次上被描述，以及其背後有哪些技術。
第2章：指令：電腦的語言
指令集一章。在本版中，所講的指令是 RISC-V 的指令，也就是出版社點明的本版特色架構。
第3章：電腦算術
電腦如何表示數，以及如何在硬體中完成算術運算。
第4章：RISC-V 處理器
處理器一章，以它所實現的指令集命名；內容涉及實現第2章指令集的處理器。
第5章：又大又快：利用儲存層次
儲存系統一章。配套網站提到第5.12節，並提供一個可下載的測試用例模組，內含 SystemVerilog 程式碼，可用來在 FPGA 上構建快取和快取控制器。
第6章：從客戶端到雲的並行處理器
最後一章從單個處理器轉向並行系統，與出版社對移動和雲端計算的強調相呼應。
附錄A–D
附錄A為「邏輯設計基礎」；其餘為附錄B「圖形與圖形計算GPU」，附錄C「把控制對映到硬體」，以及附錄D「面向桌面、伺服器和嵌入式電腦的RISC架構概覽」。配套網站在可下載的PDF中列出了附錄B–D，同時提供詞彙表、索引以及按章組織的延伸閱讀。
核心概念
第1–3章：硬體/軟體介面
- 抽象與技術：第1章標題所指的主題，是本書副標題「硬體/軟體介面」的起點。
- 指令集架構：軟體與硬體之間的約定；此處為 RISC-V。
- 電腦算術：第3章的主題。
第4–6章：實現
- 處理器資料通路與控制：第4章的主題，附錄C討論控制到硬體的對映。
- 儲存層次：第5章「又大又快」的權衡，包括快取。
- 並行處理器：第6章從單處理器轉向「從客戶端到雲」的系統。
附錄
- 邏輯設計：附錄A，處理器各章所需的數字邏輯基礎。
- GPU與RISC家族：附錄B和附錄D的主題。
評析
優點
- 自始至終使用一種開放的指令集。 出版社把 RISC-V 描述為第一個為現代計算環境設計的開源架構，因此讀者使用的是公開文件化、不繫結某一廠商的指令集。
- 包含邏輯基礎。 目錄把「邏輯設計基礎」放在附錄A，因此沒有單獨修過數字邏輯課的讀者在同一冊書裡就有了起點；其餘三個附錄在配套網站上。
- 配套材料豐富。 出版社的配套網站為每章提供歷史回顧與延伸閱讀、進階內容小節、RISC-V 參考資料卡（「綠卡」）、VHDL 和 Verilog 教程、講課幻燈片、勘誤表以及快取測試用例模組，因此可以開展基於 FPGA 的動手實踐。
- 讀者定位明確。 Elsevier 給出的讀者物件是電腦科學、電腦工程和電氣工程專業的本科生，課程從二年級必修課到高年級選修課均可，也包括專業的系統設計人員和開發人員。
侷限
- 只有一種架構。 由於處理器一章建立在 RISC-V 之上，想看 MIPS 或 ARM 具體實現的讀者需要另選版本；Elsevier 也出版了 ARM 版。
- 部分內容在線上。 附錄B–D、進階內容小節和歷史回顧放在配套網站上，只有紙本的讀者得到的是其中一部分。
- 並非最新版。 Elsevier 頁面標明有更新的版本（已有第二版 RISC-V 版），因此課程大綱中的頁碼和章節號可能與本版不同。
在課程中的定位
在書單中的電路與電子學圖書裡，這是唯一一本講電腦如何組織、而非電路與器件如何工作的書。Agarwal 和 Lang 的 Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits 與 Storey 的 Electronics: A Systems Approach 都含有數位電路內容，是邏輯層面背景知識的天然搭檔；Howe 和 Sodini 的 Microelectronics: An Integrated Approach 則下沉到構成處理器的器件。
Alexander 和 Sadiku 的 Fundamentals of Electric Circuits 以及 Scherz 和 Monk 的 Practical Electronics for Inventors 應放在前面或同時閱讀，Hayt 和 Buck 的 Engineering Electromagnetics 則是另一條場論線索。Patterson 和 Hennessy 這本書最好在程式設計入門課和數字邏輯課之後閱讀，它是電路層面與軟體層面兩種圖景的匯合點。
如何使用本書
本書面向電腦科學、電腦工程和電氣工程專業的本科生；按 Elsevier 的讀者名單，也面向專業的系統設計人員、程式設計師和開發人員。具備一些程式設計經驗、初步瞭解邏輯閘會更輕鬆；附錄A補充邏輯基礎。
實用安排：
- 核心： 先讀第1章和第2章，然後依次讀第3章和第4章。學習 RISC-V 指令集時，把參考「綠卡」放在手邊。
- 接著： 讀第5章；如果課程可以使用 FPGA，則配合快取測試用例模組。
- 然後： 讀第6章瞭解並行系統；如果課程涉及圖形處理器，則讀附錄B。
- 同時： 如果打算實現資料通路，可使用配套網站上的 Verilog 或 VHDL 教程，並參考按章編排的歷史回顧以瞭解背景。