书籍摘要

《Introduction to Computer Organization: ARM》是一本由Robert G. Plantz撰写的计算机组织与架构入门书籍，专注于基于ARM架构的计算机硬件设计和编程基础。本书以ARM A64汇编语言为切入点，深入探讨了计算机硬件的工作原理，以及程序员如何通过汇编语言与硬件进行交互。

一、书籍背景与目标读者

本书旨在为有一定高级语言编程基础的读者揭开计算机硬件的“神秘面纱”，帮助他们理解计算机硬件的组织结构、指令集架构（ISA）以及汇编语言如何控制硬件执行操作。作者假设读者熟悉高级语言编程，但不要求读者具备汇编语言或硬件设计的专业知识。书中内容适合计算机科学、电子工程等相关专业的学生，以及对嵌入式系统、系统编程和计算机硬件感兴趣的自学者。

二、内容概览

全书共分为21章，内容涵盖计算机组织的基础理论、硬件设计、汇编语言编程以及计算机系统的高级主题。以下是各部分内容的提炼与总结：

（一）基础理论与硬件设计

• 第1章：Setting the Stage
  介绍了计算机的三大子系统：中央处理单元（CPU）、内存和输入/输出（I/O），并讨论了程序的创建与执行过程。
• 第2章：Data Storage Formats
  探讨了数据在计算机中的存储方式，包括二进制、十六进制表示方法以及字符和无符号整数的存储格式。
• 第3章：Computer Arithmetic
  讨论了计算机中无符号和有符号整数的加法与减法运算，以及二进制补码表示法。
• 第4章：Boolean Algebra
  介绍了布尔代数的基本概念、运算规则以及布尔函数的最小化方法。
• 第5章：Logic Gates
  讲解了逻辑门的基本原理，包括CMOS技术在实现逻辑门中的应用。
• 第6章：Combinational Logic Circuits
  探讨了组合逻辑电路，如加法器、解码器、多路复用器等的设计与实现。
• 第7章：Sequential Logic Circuits
  介绍了时序逻辑电路，包括锁存器、触发器以及如何设计计数器和分支预测器等时序逻辑电路。
• 第8章：Memory
  讨论了计算机内存层次结构，包括缓存、主内存和寄存器的设计与实现。
• 第9章：Central Processing Unit
  详细介绍了CPU的子系统、指令执行周期以及A64架构中的寄存器。

（二）汇编语言编程

• 第10章：Programming in Assembly Language
  从C语言程序入手，探讨了如何将C代码转换为ARM A64汇编语言，并介绍了汇编语言的基本指令格式。
• 第11章：Inside the main Function
  深入分析了main函数的实现，包括调用栈、栈帧以及如何在汇编语言中处理局部变量和函数调用。
• 第12章：Instruction Details
  讨论了机器码的编码方式，包括加载/存储指令、数据处理指令和程序流程控制指令的细节。
• 第13章：Control Flow Constructs
  探讨了汇编语言中的条件分支、循环等控制流结构。
• 第14章：Inside Subfunctions
  分析了子函数的实现，包括全局变量、局部变量的传递方式以及栈帧的使用。
• 第15章：Special Uses of Subfunctions
  讨论了递归、内联汇编等高级主题。

（三）高级主题

• 第16章：Bitwise Logic, Multiplication, and Division Instructions
  介绍了位操作、乘法和除法指令的实现与优化。
• 第17章：Data Structures
  探讨了数组、结构体等数据结构在汇编语言中的实现。
• 第18章：Object-Oriented Programming
  讨论了如何在C++中使用类和对象，并通过汇编语言理解其底层实现。
• 第19章：Fractional Numbers
  讲解了浮点数的表示方法、IEEE 754标准以及浮点运算的误差问题。
• 第20章：Input/Output
  探讨了I/O设备的编程方法，包括GPIO的使用以及轮询I/O编程算法。
• 第21章：Exceptions and Interrupts
  讨论了AArch64架构中异常和中断的处理机制。

三、特色与价值

本书的最大特色在于将计算机硬件设计与汇编语言编程紧密结合，通过大量实例和练习帮助读者逐步掌握从高级语言到汇编语言的转换过程。书中不仅详细介绍了ARM架构的硬件设计，还通过Raspberry Pi平台的实际编程案例，让读者能够在实践中加深对计算机组织的理解。

此外，作者还提供了丰富的学习资源，包括在线练习、代码示例以及详细的调试指南，帮助读者更好地掌握书中内容。通过阅读本书，读者不仅能够理解计算机硬件的工作原理，还能学会如何通过汇编语言编写高效的程序，为深入学习计算机系统设计、嵌入式系统开发和系统编程打下坚实的基础。

总之，《Introduction to Computer Organization: ARM》是一本内容丰富、结构清晰、实践性强的计算机组织入门书籍，适合所有希望深入了解计算机硬件与软件交互机制的读者。