计算机组成与系统结构

1计算机系统概述 1
1.1计算机系统的硬件结构 1
1.1.1冯·诺依曼计算机结构 1
1.1.2现代计算机结构 2
1.1.3计算机硬件的典型结构 3
1.1.4计算机各大功能部件简介 6
1.2计算机的工作过程 9
1.3计算机的软件系统 11
1.4计算机系统的层次结构 12
1.4.1计算机的层次结构 12
1.4.2软件与硬件的逻辑等价性 14
1.5系统结构的评价标准 14
1.5.1计算机系统的性能指标 14
1.5.2计算机的成本与价格 15
习题 16
2计算机逻辑部件 17
2.1寄存器 17
2.1.1基本寄存器 17
2.1.2移位寄存器 18
2.1.3常用寄存器 19
2.2计数器 20
2.2.1二进制计数器 20
2.2.2非二进制计数器 23
2.2.3典型计数器举例 25
2.3编码器和译码器 25
2.3.1编码器 25
2.3.2译码器 27
2.3.3典型译码器举例 28
2.4总线缓冲器和总线控制器 29
2.4.1三态电路 29
2.4.2总线缓冲器 30
2.4.3总线控制器 30
2.4.4微型机中的总线系统 30
2.5时钟发生器 31
2.5.1时序的概念 31
2.5.2时序部件及控制方式 33
习题 35
3运算方法与运算器 36
3.1数的小数点表示方法 36
3.1.1定点数的表示方法 36
3.1.2浮点数的表示方法 36
3.2带符号数的表示方法 37
3.2.1原码的表示方法 38
3.2.2补码的表示方法 38
3.2.3反码的表示方法 39
3.2.4移码的表示方法 40
3.2.5真值的四种机器数表示方法——原码.补码.反码和移码 40
3.3运算器 40
3.3.1半加器与全加器 40
3.3.2串行加法器与并行加法器 41
3.3.3算术逻辑单元（ALU） 43
3.4定点加减法运算 45
3.4.1原码加减法 45
3.4.2补码加减法 45
3.4.3溢出及判别方法 48
3.5定点乘法运算 49
3.5.1原码一位乘法 49
3.5.2补码一位乘法 52
3.5.3补码二位乘法 54
3.6定点除法运算 55
3.6.1原码一位除法 56
3.6.2补码一位除法 59
3.7浮点算术运算 60
3.7.1浮点加减法运算 61
3.7.2浮点乘除法运算 62
习题 64
4存储器系统 65
4.1存储器的基本知识 65
4.1.1存储器的分类 65
4.1.2主存储器的基本结构 68
4.1.3存储器的层次结构 71
4.2半导体存储器 73
4.2.1主存储器的主要技术指标 73
4.2.2动态半导体存储器的刷新 74
4.2.3半导体存储器的组成及寻址 76
4.2.4半导体存储器与CPU的连接 79
4.2.5半导体存储器的设计步骤 79
4.3并行主存储器 81
4.4高速缓冲存储器 83
4.4.1高速缓冲存储器的基本结构 83
4.4.2高速缓冲存储器的读写操作 85
4.4.3替换算法 85
4.5虚拟存储器 86
4.5.1页式虚拟存储器 86
4.5.2段式虚拟存储器 88
4.5.3段页式虚拟存储器 89
4.6存储保护 89
4.6.1存储区域保护 89
4.6.2访问方式保护 91
习题 91
5指令系统 94
5.1指令系统 94
5.1.1指令系统的发展 94
5.1.2对指令系统的要求 95
5.2指令格式 95
5.2.1指令格式 96
5.2.2操作码的编码 98
5.3寻址方式 99
5.3.1隐含寻址 99
5.3.2立即寻址 100
5.3.3直接寻址 100
5.3.4寄存器寻址 100
5.3.5间接寻址 100
5.3.6变址寻址 101
5.3.7相对寻址 102
5.3.8基址寻址 102
5.4指令的分类 103
5.4.1数据传送指令 103
5.4.2算术逻辑运算指令 103
5.4.3移位指令 104
5.4.4字符串处理指令 104
5.4.5转移类指令 104
5.4.6堆栈及堆栈操作指令 105
5.4.7输入/输出（I/O）指令 106
5.4.8浮点运算指令 106
5.4.9向量与多处理机指令 106
5.4.10控制指令 107
5.5精简指令系统计算机RISC 107
5.5.1CISC与RISC 107
5.5.2RISC的特点 108
习题 109
6控制器 111
6.1中央处理器的功能与组成 111
6.1.1中央处理器的功能 112
6.1.2中央处理器的结构框图 113
6.2控制器的功能与结构 116
6.2.1控制器的功能 116
6.2.2控制器的结构框图 118
6.3时序 121
6.3.1时序控制方式 121
6.3.2多级时序的建立 123
6.3.3典型的指令周期 125
6.4微程序控制器 127
6.4.1微程序控制器的基本概念 127
6.4.2微程序控制器组成原理 128
6.4.3微程序控制器的设计技术 130
6.5组合逻辑控制器 133
6.6PLA逻辑控制器 135
6.7系统总线 138
6.7.1总线结构 138
6.7.2总线的控制方式 140
6.7.3总线的通信方式 144
习题 145
7输入输出系统 146
7.1概述 146
7.1.1I/O系统的功能和组成 146
7.1.2输入输出设备的寻址方式 147
7.1.3输入输出指令 148
7.1.4输入输出接口 148
7.2主机与外设的数据传送方式 149
7.2.1程序查询方式 149
7.2.2程序中断方式 149
7.2.3DMA输入输出方式 153
7.2.4通道方式 158
7.2.5不同传送方式的比较 160
7.3外围设备 161
7.3.1输入设备 162
7.3.2显示器 164
7.3.3打印机 167
7.3.4磁盘存储器 168
习题 174
8计算机系统结构 175
8.1标量流水技术 175
8.1.1控制流及其改变 175
8.1.2标量流水工作原理 176
8.1.3流水操作中的主要障碍 180
8.1.4流水的实现与控制 183
8.1.5先进的流水技术 198
8.2向量流水处理 204
8.2.1向量流水处理 204
8.2.2向量流水机的基本系统结构 204
8.2.3向量操作长度控制和向量访问步长 212
8.2.4向量处理方法 215
8.2.5增强向量处理性能的方法 216
8.2.6向量处理性能 220
8.2.7向量化编译技术 221
8.3并行处理与多处理机系统 222
8.3.1并行性的概念 222
8.3.2并行处理机 223
8.3.3多处理机系统 226
习题 238
9计算机系统结构的发展方向 244
9.1数据流计算机 244
9.1.1数据流计算机的基本原理 244
9.1.2数据流图与数据流程序 248
9.1.3数据流计算机分类 253
9.1.4数据流计算机的性能分析 257
9.2数据库机与知识库机 260
9.2.1数据库机与知识库机模型 260
9.2.2数据库机与知识库机系统结构 262
9.2.3典型的数据库机与知识库机 263
9.3归约机 266
9.3.1函数式语言 266
9.3.2归约机的结构特点 268
9.3.3归约机分类 270
习题 272