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第一章 计算机系统概论1

1.1计算机的分类1

1.2计算机的发展简史2

1.2.1计算机的五代变化2

1.2.2半导体存储器的发展3

1.2.3微处理器的发展3

1.2.4计算机的性能指标5

1.3计算机的硬件6

1.3.1硬件组成要素6

1.3.2运算器7

1.3.3存储器8

1.3.4控制器8

1.3.5适配器与输入输出设备11

1.4计算机的软件11

1.4.1软件的组成与分类11

1.4.2软件的发展演变12

1.5计算机系统的层次结构13

1.5.1多级组成的计算机系统13

1.5.2软件与硬件的逻辑等价性14

本章小结14

习题15

第二章 运算方法和运算器16

2.1数据与文字的表示方法16

2.1.1数据格式16

2.1.2数的机器码表示19

2.1.3字符与字符串的表示方法23

2.1.4汉字的表示方法24

2.1.5校验码25

2.2定点加法、减法运算26

2.2.1补码加法26

2.2.2补码减法27

2.2.3溢出概念与检测方法28

2.2.4基本的二进制加法减法器29

2.3定点乘法运算31

2.3.1原码并行乘法31

2.3.2直接补码并行乘法36

2.4定点除法运算38

2.4.1原码除法算法原理38

2.4.2并行除法器40

2.5定点运算器的组成43

2.5.1逻辑运算43

2.5.2多功能算术逻辑运算单元（ALU）45

2.5.3内部总线49

2.5.4定点运算器的基本结构49

2.6浮点运算方法和浮点运算器51

2.6.1浮点加法、减法运算51

2.6.2浮点乘法、除法运算54

2.6.3浮点运算流水线55

2.6.4浮点运算器实例58

本章小结60

习题60

第三章 多层次的存储器62

3.1存储器概述62

3.1.1存储器的分类62

3.1.2存储器的分级63

3.1.3主存储器的技术指标63

3.2SRAM存储器64

3.2.1基本的静态存储元阵列6

3.2.2基本的SRAM逻辑结构65

3.2.3读写周期波形图66

3.3 DRAM存储器67

3.3.1 DRAM存储元的记忆原理67

3.3.2 DRAM芯片的逻辑结构68

3.3.3读写周期、刷新周期69

3.3.4存储器容量的扩充70

3.3.5高级的DRAM结构71

3.3.6 DRAM主存读/写的正确性校验75

3.4只读存储器和闪速存储器76

3.4.1只读存储器ROM76

3.4.2FLASH存储器80

3.5并行存储器82

3.5.1双端口存储器82

3.5.2多模块交叉存储器85

3.6 cache存储器88

3.6.1cache 本原理88

3.6.2主存与eache的地址映射90

3.6.3替换策略95

3.6.4cache的写操作策略95

3.6.5Pentium 4的cache组织96

3.7虚拟存储器97

3.7.1虚拟存储器的基本概念97

3.7.2页式虚拟存储器99

3.7.3段式虚拟存储器和段页式虚拟存储器101

3.7.4虚存的替换算法104

3.8奔腾系列机的虚存组织104

3.8.1存储器模型104

3.8.2虚地址模式105

3.8.3分页模式下的地址转换106

3.9存储保护107

3.9.1存储区域保护107

3.9.2访问方式保护109

本章小结109

习题110

第四章 指令系统113

4.1指令系统的发展与性能要求113

4.1.1指令系统的发展113

4.1.2对指令系统性能的要求113

4.1.3低级语言与硬件结构的关系114

4.2指令格式115

4.2.1操作码115

4.2.2地址码116

4.2.3指令字长度117

4.2.4指令助记符117

4.2.5指令格式举例118

4.3操作数类型120

4.3.1一般的数据类型120

4.3.2Pentium数据类型120

4.3.3Power PC数据类型120

4.4指令和数据的寻址方式121

4.4.1指令的寻址方式121

4.4.2操作数基本寻址方式122

4.4.3寻址方式举例125

4.5典型指令129

4.5.1指令的分类129

4.5.2基本指令系统的操作130

4.5.3精简指令系统130

4.6 ARM汇编语言133

本章小结134

习题134

第五章 中央处理机137

5.1 CPU的功能和组成137

5.1.1 CPU的功能137

5.1.2 CPU的基本组成137

5.1.3 CPU中的主要寄存器138

5.1.4操作控制器与时序产生器139

5.2指令周期140

5.2.1指令周期的基本概念140

5.2.2 MOV指令的指令周期141

5.2.3 LAD指令的指令周期143

5.2.4 ADD指令的指令周期145

5.2.5 STO指令的指令周期145

5.2.6 JMP指令的指令周期147

5.2.7用方框图语言表示指令周期147

5.3时序产生器和控制方式150

5.3.1时序信号的作用和体制150

5.3.2时序信号产生器151

5.3.3控制方式153

5.4微程序控制器153

5.4.1微程序控制原理153

5.4.2微程序设计技术160

5.5硬连线控制器163

5.6传统CPU166

5.6.1 Intel 8088 CPU166

5.6.2 IBM 370系列CPU167

5.7流水CPU168

5.7.1并行处理技术168

5.7.2流水CPU的结构169

5.7.3流水线中的主要问题171

5.7.4奔腾CPU173

5.8 RISC CPU177

5.8.1 RISC机器的特点177

5.8.2 RISC CPU实例178

本章小结182

习题183

第六章 总线系统185

6.1总线的概念和结构形态185

6.1.1总线的基本概念185

6.1.2总线的连接方式186

6.1.3总线的内部结构188

6.1.4总线结构实例189

6.2总线接口190

6.2.1信息传送方式190

6.2.2总线接口的基本概念192

6.3总线的仲裁194

6.3.1集中式仲裁194

6.3.2分布式仲裁196

6.4总线的定时和数据传送模式196

6.4.1总线的定时196

6.4.2总线数据传送模式199

6.5HOST总线和PCI总线199

6.5.1多总线结构199

6.5.2PCI总线信号201

6.5.3总线周期类型202

6.5.4总线周期操作203

6.5.5总线仲裁204

6.6 InfiniBand标准204

6.6.1 InfiniBand的体系结构204

6.6.2 InfiniBand的通信协议205

本章小结207

习题207

第七章 外围设备209

7.1外围设备概述209

7.1.1外围设备的一般功能209

7.1.2外围设备的分类209

7.2磁盘存储设备210

7.2.1磁记录原理210

7.2.2磁盘的组成和分类212

7.2.3磁盘驱动器和控制器213

7.2.4磁盘上信息的分布215

7.2.5磁盘存储器的技术指标216

7.3磁盘存储设备的技术发展217

7.3.1磁盘cache217

7.3.2磁盘阵列RAID218

7.3.3可移动存储设备219

7.4磁带存储设备219

7.5光盘和磁光盘存储设备220

7.5.1光盘存储设备220

7.5.2磁光盘存储设备222

7.6.显示设备223

7.6.1显示设备的分类与有关概念223

7.6.2字符/图形显示器224

7.6.3图像显示设备226

7.6.4 VESA显示标准227

7.7输入设备和打印设备229

7.7.1输入设备229

7.7.2打印设备230

本章小结232

习题232

第八章 输入输出系统234

8.1外围设备的速度分级与信息交换方式234

8.1.1外围设备的速度分级234

8.1.2信息交换方式235

8.2程序查询方式237

8.3程序中断方式240

8.3.1中断的基本概念240

8.3.2程序中断方式的基本I/O接口241

8.3.3单级中断243

8.3.4多级中断244

8.3.5中断控制器247

8.3.6 Pentium 中断机制248

8.4 DMA方式250

8.4.1 DMA的基本概念250

8.4.2 DMA传送方式251

8.4.3 基本的DMA控制器253

8.4.4选择型和多路型DMA控制器255

8.5通道方式258

8.5.1通道的功能258

8.5.2通道的类型259

8.5.3通道结构的发展260

8.6通用I/O标准接口261

8.6.1并行I/O标准接口SCSI261

8.6.2串行I/O标准接口IEEE1394262

本章小结264

习题265

第九章 安腾高性能处理机体系结构267

9.1高性能处理机体系结构的演变267

9.1.1IA体系结构的历史演变267

9.1.2英特尔64位处理机的两种体系结构268

9.2安腾体系结构的基本设思想269

9.3安腾指令系统结构271

9.3.1执行单元与指令类型272

9.3.2安腾寄存器结构272

9.3.3安腾指令格式273

9.3.4安腾汇编语言格式275

9.4指令级并行机制275

9.4.1推断执行技术276

9.4.2推测技术278

9.5双核安腾处理机的组成281

9.5.1双核安腾处理机的基本特性281

9.5.2双核安腾处理机的组织结构283

本章小结285

习题286

第十章 并行体系结构288

10.1体系结构中的并行性288

10.1.1并行性的概念288

10.1.2提高并行性的技术途径289

10.1.3单处理机系统中并行性的发展289

10.1.4多处理机系统中并行性的发展289

10.1.5并行处理机的体系结构类型291

10.2超长指令字处理机292

10.2.1VLIW处理机的特点292

10.2.2VLIW处理机的结构模型293

10.2.3典型处理机结构294

10.3多线程与超线程处理机296

10.3.1指令级并行与线程级并行296

10.3.2同时多线程结构298

10.3.3超线程处理机结构298

10.4向量处理机300

10.4.1向量处理的基本概念300

10.4.2向量处理机的结构302

10.4.3并行向量处理机306

10.5多处理机308

10.5.1多处理机系统的分类308

10.5.2 SMP的基本概念309

10.5.3 SMP的结构和实例309

10.5.4多处理机操作系统312

10.5.5多处理机的cache一致性313

10.6机群系统314

10.6.1机群系统的定义和特点314

10.6.2机群系统的体系结构315

10.6.3IBM SP2系统317

10.6.4超级刀片系统318

本章小结321

习题322

附录A《计算机组成与系统结构》（第五版·立体化教材）配套教材与教学设备324

附录B计算机组成原理研究生入学统考大纲325

参考文献327