計算機組成與設計

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印刷日期：2013.08.22

本書系統地介紹了計算機的基本組成原理、內部工作機制以及相關設計方法。全書共分8章：計算機系統概論、指令系統、主存儲器、存儲系統、匯流排與輸入輸出系統、數據的表示與運算、中央處理器、控制器。本書在講述計算機一般原理的基礎上，通過軟硬體結合的方法力求達到原理與應用的結合。全書內容由淺入深，理論結合實際。每章之後均附有思考題和習題，便於讀者通過思考和練習深入掌握所學知識。本書可以作為高等院校計算機及相關專業“計算機組成原理”課程的教材，也可供從事計算機工作的工程技術人員參考。

第1章計算機系統概論

1.1計算機系統簡介

1.1.1計算機系統的組成

1.1.2從應用程序透視計算機系統

1.1.3計算機系統的層次結構

1.1.4計算機組成和系統結構

1.2計算機系統的發展與應用

1.2.1計算機系統發展概況

1.2.2計算機應用分類

1.3計算機硬體的組成

1.3.1馮·諾依曼計算機的特點

1.3.2計算機硬體的基本組成

1.3.3從程序運行透視計算機組成

1.4計算機系統的性能

1.4.1性能的定義

1.4.2影響性能的因素

1.5本書主要內容及組織結構

思考題與習題

第2章指令系統

2.1概述

2.2指令系統的發展

2.2.1指令系統的演變過程

2.2.2CISC與RISC指令系統的特點

2.3指令系統的功能

2.3.1指令系統的設計原則

2.3.2數據類型

(*表示可選擇講述的內容。)

2.3.3操作類型

*2.3.4指令系統實例

*2.3.5通過程序透視CISC和RISC

2.4指令格式

2.4.1指令的組成

2.4.2指令字長

2.4.3操作碼擴展技術

*2.4.4指令格式舉例

2.5定址方式

2.5.1定址方式

*2.5.2程序定位方式

附錄2AIA32指令格式

附錄2BASCII

思考題與習題

第3章主存儲器

3.1主存儲器概述

3.1.1存儲器的分類

3.1.2...

3.1.3主存儲器的性能指標

3.2半導體主存儲器

3.2.1主存儲器的基本組成

3.2.2SRAM

3.2.3DRAM

*3.2.4新型DRAM

3.2.5隻讀存儲器和閃速存儲器

3.2.6存儲器容量擴展及其與CPU的連接

*3.2.7微處理器與存儲器的連接舉例

*3.3高速主存儲器

3.3.1雙埠存儲器

3.3.2多體交叉存儲器

思考題與習題

第4章存儲系統

4.1存儲系統的層次結構

*4.2相聯存儲器

4.3高速緩衝存儲器

4.3.1cache的工作原理

4.3.2cache的設計要素

*4.3.3cache與主存儲器間的調度舉例

4.4輔助存儲器

4.4.1概述

4.4.2硬磁碟存儲器

*4.4.3磁碟陣列

*4.4.4其他輔助存儲器

*4.5虛擬存儲器

4.5.1虛擬存儲器的基本原理

4.5.2虛存存儲器的地址映射及變換

4.5.3存儲保護

*4.6Pentium4系列機的存儲器

4.6.1Pentium4的cache結構

4.6.2Pentium4的虛擬存儲管理

思考題與習題

第5章匯流排與輸入輸出系統

5.1匯流排

5.1.1匯流排的概念

5.1.2匯流排的分類

5.2匯流排的管理和控制

5.2.1匯流排仲裁機制

5.2.2匯流排通信方式

5.3匯流排結構和標準

5.3.1匯流排結構

5.3.2匯流排標準及特性

*5.3.3匯流排舉例

5.4輸入輸出系統

5.5I/O設備

5.5.1外設的基本組成和分類

*5.5.2輸入設備

*5.5.3輸出設備

5.6I/O介面

5.6.1I/O介面的作用和組成

5.6.2I/O介面的通信方式

5.7I/O數據傳送控制方式

5.7.1程序查詢方式

5.7.2程序中斷方式

5.7.3DMA方式

思考題與習題

第6章數據的表示與運算

6.1計算機中表示信息的基本方法

6.1.1計算機中常用的信息類型

*6.1.2非數值數據的表示

6.1.3十進位數據的編碼表示

*6.1.4數據校驗碼

6.2定點數的表示

*6.2.1計算機中常用進位計數制及其相互轉換

6.2.2真值與機器數

6.2.3常用機器碼的表示

6.3定點運算

6.3.1運算部件的基本結構

6.3.2定點加減運算

6.3.3移位運算

6.3.4定點乘法運算

6.3.5定點除法運算

6.3.6陣列乘除法器

6.3.7十進位運算

6.3.8基本的邏輯運算

6.4定點運算器的實現

6.4.1加法器的進位技術

6.4.2算術邏輯單元

6.4.3定點運算器的基本結構

6.5浮點數的表示與運算

6.5.1浮點數的基本格式

6.5.2浮點階的移碼錶示

6.5.3浮點表示法

*6.5.4IEEE754浮點標準

6.5.5規格化浮點加減運算

6.5.6規格化浮點乘除運算

6.5.7浮點運算的實現

*6.5.8C語言數據操作的機內透視

*6.5.9提高運算器性能的措施

思考題與習題

第7章中央處理器

7.1CPU的功能和組成

7.1.1CPU的功能

7.1.2CPU的基本結構

7.2CPU的設計方法

7.2.1CPU的設計過程

7.2.2寄存器傳輸語言

7.3CPU數據通路的結構和組成

7.3.1數據通路的操作分析

7.3.2數據通路的基本部件

7.3.3CPU結構分類

7.3.4目標指令集假設

7.4中斷系統

7.4.1中斷源分類

7.4.2中斷響應

7.5單周期CPU數據通路

7.5.1數據通路

7.5.2指令周期流程

7.5.3指令周期與CPU性能

*7.5.4支持內部中斷的數據通路

7.6多周期數據通路

7.6.1數據通路的基本設計方法

7.6.2分散互連結構

7.6.3單匯流排結構

7.6.4雙匯流排和三匯流排結構

7.6.5指令周期及機器性能

7.7指令流水處理器

7.7.1指令流水原理

7.7.2指令流水線性能

7.7.3流水CPU數據通路

思考題與習題

第8章控制器

8.1控制器的基本結構和設計方法

8.1.1控制器的功能

8.1.2控制器的組成和設計方法

8.2計算機的控制方式

8.2.1計算機中的時序系統

8.2.2控制方式

8.2.3時序信號產生器

8.3組合邏輯控制器

8.3.1硬布線控制器

8.3.2門陣列控制器

8.4微程序控制器

8.4.1微程序控制器的設計思想

8.4.2微程序控制單元的基本結構

8.4.3微指令格式設計

8.4.4微指令格式和微程序設計實例

8.4.5微程序控制單元運行實例

*8.4.6微程序控制單元的操作定時

*8.4.7動態微程序設計

*8.5混合式控制器

8.6流水線控制器

8.6.1流水線控制器的基本結構

*8.6.2避免冒險的流水線控制器

思考題與習題

參考文獻