计算机系统结构（原书第2版）

译者序
第2版前言
第1版前言
第一部分  计算机的基本功能及其构成
第1章　导论：软硬件接口        1
1.1　计算机系统及网络通信的重要性        1
1.2　硬件和软件的互相依赖        2
1.3　硬件编程：VHDL        3
1.4　人人都应了解的系统管理问题        4
1.5　语音、图像和数据：技术的趋同现象        5
1.6　窗口界面（WIMP）        5
1.7　因特网：连接所有的网络        7
1.8　使用PC：学习CSA的更多理由        9
1.9　小结        10
实习作业        10
练习        10
课外读物        11
第2章　冯·诺依曼体系结构的特征        13
2.1　以2为基：二进制的优点        13
2.2　程序控制存储：通用机器        13
2.3　指令代码：控制机器动作的
指令系统        14
2.4　转换：编译器和汇编器        15
2.5　链接：将程序组合到一起        16
2.6　解释器：执行高级命令        16
2.7　代码共享和重用：不要总是
从头做起        17
2.8　数据编码：数值和字符        18
2.9　操作系统：Unix和Windows        20
2.10　客户机服务器计算：网络时代
的方式        22
2.11　可重配置硬件：读取－执行的
另一种替代方式        23
2.12　小结        23
实习作业        23
练习        24
课外读物        24
附录：以11为基的计数        25
第3章　功能部件和读取－执行周期        26
3.1　各部分的命名：CPU、存储器、
IO单元        26
3.2　CPU的读取－执行周期：高速且单调        29
3.3　系统总线：同步或异步        31
3.4　系统时钟：指令周期时序        32
3.5　预取：前期工作以使速度得到提高        34
3.6　存储器长度：寻址宽度        35
3.7　字节次序：微软与Unix，
以及Intel与Motorola        36
3.8　简单的输入输出：并行端口        38
3.9　小结        38
实习作业        38
练习        39
课外读物        39
第4章　构成计算机的逻辑电路：
控制单元        40
4.1　电子积木和逻辑电路：模块化器件
的优点        40
4.2　基本逻辑门        40
4.3　真值表和多路复用器：简单但有效
的设计工具        42
4.4　可编程逻辑器件：可重新配置的
逻辑芯片        44
4.5　交通灯控制器：无法避免        46
4.6　根据真值表实现电路：一些实用提示        47
4.7　译码器逻辑：控制单元及存储器
的根本所在        48
4.8　CPU控制单元：“核心“        49
4.9　洗衣机控制器：简单的CU        49
4.10　RISC与CISC译码：使计算机
的处理速度更快        52
4.11　小结        53
实习作业        53
练习        54
课外读物        54
第5章　构成计算机的逻辑电路：
算术逻辑单元        55
5.1　德·摩根等价定律：逻辑互换性        55
5.2　二进制加法：半加器、全加器、
并行加法器        55
5.3　二进制减法：2的补码的整数格式        57
5.4　二进制移位：桶形移位器        58
5.5　整数乘法：移位和相加        60
5.6　浮点数：从极大到极小        63
5.7　小结        65
实习作业        66
练习        66
课外读物        66
第6章　计算机的逻辑构成：存储器        67
6.1　数据存储        67
6.2　存储设备        68
6.3　静态存储器        69
6.4　动态存储器        70
6.5　DRAM刷新        71
6.6　分页访问存储器：EDO和SDRAM        71
6.7　存储器映射：寻址和译码        73
6.8　IO端口映射        75
6.9　小结        77
实习作业        77
练习        77
课外读物        78
第7章　Intel奔腾CPU        79
7.1　奔腾：高性能的微处理器        79
7.2　CPU寄存器：数据和地址变量的
临时存储区        82
7.3　指令集：基本奔腾指令集简介        85
7.4　指令的结构：CU如何理解指令        86
7.5　CPU状态寄存器：十分短期的存储
空间        87
7.6　寻址方式：构建有效地址        89
7.7　执行流水线：RISC加速技术        90
7.8　奔腾4：扩展        91
7.9　Microsoft Developer Studio：
调试器的使用        92
7.10　小结        94
实习作业        95
练习        95
课外读物        96
第8章　子例程        97
8.1　子例程的目的：节省空间和精力        97
8.2　返回地址：堆栈的引入        98
8.3　使用子例程：HLL程序设计        99
8.4　堆栈：大多数操作的基本要素        100
8.5　参数传递：将子例程具体化        100
8.6　堆栈框架：所有局部变量        102
8.7　对HLL的支持：CPU针对子例程
处理的特性        104
8.8　中断服务例程：由硬件调用的
子例程        104
8.9　访问操作系统例程：后期绑定        105
8.10　小结        106
实习作业        106
练习        106
课外读物        106
第9章　简单的输入输出        107
9.1　基本IO方法：轮询、中断和DMA        107
9.2　外设接口寄存器：程序员的角度        108
9.3　轮询：单字符IO        111
9.4　中断处理        114
9.5　关键数据的保护：如何与中断通信        119
9.6　缓冲IO：驱动中断设备的驱动程序        122
9.7　直接内存访问：自治的硬件        123
9.8　单字符IO：屏幕和键盘例程        124
9.9　小结        125
实习作业        126
练习        126
课外读物        126
第10章　串行通信        127
10.1　串行传输：数据、信号和时序        127
10.2　数据的格式：编码技术        127
10.3　时序同步：频率和相位        129
10.4　数据编码和错误控制：奇偶校验、
检验和、汉明码和CRC        131
10.5　流量控制：硬件和软件方法        137
10.6　16550 UART：RS232        138
10.7　串行鼠标：机械或光学        142
10.8　串行端口        144
10.9　USB：通用串行总线        144
10.10　调制解调器：载波调制        147
10.11　小结        151
实习作业        152
练习        152
课外读物        152
第11章　并行连接        153
11.1　并行接口        153
11.2　Centronics：大于打印端口但小于
总线        153
11.3　SCSI：小型计算机系统接口        155
11.4　IDE：智能驱动电路        158
11.5　AT/ISA：计算机标准的成功案例        158
11.6　PCI：外设部件的互连        160
11.7　即插即用：自动配置        162
11.8　PCMCIA：个人计算机存储卡国际
联盟        163
11.9　小结        164
实习作业        165
练习        165
课外读物        165
第12章　存储体系        166
12.1　系统的性能        166
12.2　访问局部化：利用重复        167
12.3　指令及数据的高速缓存：
匹配内存和CPU的速度        171
12.4　高速缓存映射        172
12.5　虚拟内存：分段和按需页面调度        174
12.6　地址公式化：时间、地点和数量        178
12.7　硬盘使用：参数、访问调度和
数据安排        179
12.8　性能提高：块、高速缓存、碎片
整理、调度、RAM磁盘        181
12.9　光盘：CD-DA、CD-ROM、
CD-RW和DVD        182
12.10　DVD：数字通用光盘        184
12.11　MPEG：视频和音频压缩        185
12.12　闪存：新型软盘        190
12.13　小结        190
实习作业        190
练习        191
课外读物        191
第二部分  网络通信及复杂性的增加
第13章　程序员的观点        193
13.1　不同的观点与不同的需求        193
13.2　应用程序用户及办公软件包        193
13.3　系统管理：软件安装和维护        195
13.4　HLL程序员：Java、C++和BASIC        198
13.5　系统编程：汇编和C        200
13.6　硬件工程师：硬件的设计和维护        202
13.7　分层虚拟机：体系结构简介        202
13.8　汇编器：简单的转换器        203
13.9　编译器：转换及其他诸多工作        204
13.10　小结        205
实习作业        205
练习        205
课外读物        206
第14章　局域网        207
14.1　用户之间的纽带：电子邮件、
打印机和数据库        207
14.2　PC网络接口：布线和接口卡        210
14.3　以太网：带冲突检测的载波
侦听、多路访问        213
14.4　局域网的寻址：逻辑和物理方案        215
14.5　主机名：另外一个转换层        217
14.6　分层和封装：TCP/IP软件堆栈        217
14.7　网络文件系统：跨网络共享文件        218
14.8　网络的互连：网关        219
14.9　socket编程：WinSock简介        220
14.10　小结        222
实习作业        223
练习        223
课外读物        224
第15章　广域网        225
15.1　Internet的起源        225
15.2　TCP/IP基本协议        226
15.3　TCP错误处理和流量控制        229
15.4　IP路由：数据包如何找到正确的路径        230
15.5　DNS：分布式域名数据库        234
15.6　万维网的起源        236
15.7　浏览Web：Netscape Navigator        236
15.8　HTTP        239
15.9　搜索引擎Google        241
15.10　操作系统互连：一种理想的方案        243
15.11　小结        245
实习作业        245
练习        245
课外读物        246
第16章　其他网络        247
16.1　PSTN：电话网络        247
16.2　Cellnet：移动通信提供商        251
16.3　ATM：异步传输模式        257
16.4　消息传递：无线寻呼和分组
无线网络        260
16.5　ISDN：全数字        261
16.6　DSL：数字用户线路        264
16.7　有线电视：数据传输设施        264
16.8　小结        266
实习作业        267
练习        267
课外读物        267
第17章　操作系统        269
17.1　历史渊源：基本功能的发展        269
17.2　Unix：操作系统的里程碑        271
17.3　概要结构：模块化        273
17.4　进程管理：初始化和调度        273
17.5　调度决策：时间片划分、抢先
和协作        277
17.6　任务通信：管道和重定向        278
17.7　排斥和同步：信号量和信号        279
17.8　内存分配：malloc()和free()        283
17.9　用户界面：GUI和外壳        284
17.10　输入输出管理：设备处理程序        285
17.11　小结        287
实习作业        287
练习        287
课外读物        288
第18章　Windows XP        289
18.1　Windows GUI：满足用户的需求        289
18.2　Win32：推荐的用户API        290
18.3　进程和线程：多任务        290
18.4　内存管理：虚拟内存的实现        291
18.5　Windows注册表：集中化的管理
数据库        291
18.6　NTFS：Windows NT文件系统        293
18.7　文件访问：ACL、权限和安全        293
18.8　共享软件组件：OLE、DDE和COM        295
18.9　Windows XP主机：Winframe终端
服务器        295
18.10　小结        296
实习作业        296
练习        296
课外读物        296
第19章　档案管理系统        298
19.1　数据存储：文件系统和数据库        298
19.2　PC文件分配表：FAT        303
19.3　Unix索引节点：不同的方式        305
19.4　Microsoft NTFS        308
19.5　RAID：更安全的磁盘子系统        309
19.6　文件安全：访问控制        311
19.7　CD可移植文件系统：多个区段
内容清单        312
19.8　小结        313
实习作业        313
练习        313
课外读物        314
第20章　图形输出        315
20.1　计算机和图形：捕获、存储、
处理和重现        315
20.2　PC图形接口卡：图形协处理器        320
20.3　激光打印机：机电一体化        323
20.4　Adobe PostScript：页面描述语言        325
20.5　WIMP：重塑计算机的形象        327
20.6　Win32：图形API及其他        328
20.7　X窗口系统：分布式处理        329
20.8　MMX技术：辅助图形计算        329
20.9　小结        330
实习作业        330
练习        331
课外读物        331
第21章　RISC处理器：ARM和SPARC        332
21.1　RISC的优点：更高的指令吞吐量        332
21.2　流水线技术：更多的并行操作        335
21.3　超标量方法：并行的并行        336
21.4　寄存器存储：更多的CPU寄存器        336
21.5　分支预测方法：流水线的维护        338
21.6　编译器支持：RISC的重要组成部分        339
21.7　ARM 32位CPU的起源        339
21.8　StrongARM处理器：32位微控制器        345
21.9　HP iPAQ：StrongARM PDA        347
21.10　Puppeteer：StrongARM SBC        348
21.11　Sun SPARC：RISC架构的标量
处理器        350
21.12　嵌入式系统：交叉开发技术        351
21.13　小结        352
实习作业        352
练习        352
课外读物        353
第22章　VLIW处理器：EPIC安腾        354
22.1　安腾64位处理器简介        354
22.2　安腾汇编语言：对CPU控制更多        359
22.3　运行时调试：gvd/gdb        363
22.4　未来的处理器设计        364
22.5　小结        364
实习作业        365
练习        365
课外读物        365
第23章　并行处理        366
23.1　并行处理基础        366
23.2　指令级并行：流水线化        368
23.3　超标量：多执行单元        368
23.4　未来的对称、共享内存并行处理        368
23.5　单芯片多处理器：IBM Cell        370
23.6　集群和网格：应用级并行        372
23.7　小结        373
实习作业        374
练习        374
课外读物        374
附录  Microsoft Visual Studio 8 Express版        375
术语表        383
参考文献        396
习题答案