计算机组成与体系结构：基本原理、设计技术与工程实现（第3版）

CONTENTS
第1章计算机系统概述1
1.1计算机系统的基本组成及其层次结构1
1.2计算机硬件的5个功能部件及其功能4
1.3计算机系统主要的技术与性能指标7
1.4计算机的体系结构、组成和实现概述9
1.5计算机发展进步、分类和拓展应用的进程12
本章内容小结和学习方法建议15
习题与思考题15
第2章数字电路基础和常用器件17
2.1数字电路的基本元件17
2.1.1晶体二极管与三极管17
2.1.2应用案例19
2.2数字电路基础及其相关处理方法20
2.2.13种基本逻辑关系20
2.2.2逻辑函数及其描述方法23
2.2.3逻辑函数的特性、规则与应用24
2.3组合逻辑电路及时序逻辑电路25
2.3.1常用逻辑门器件26
2.3.2时序逻辑电路29
2.3.3存储器芯片简介31
2.3.4几个专用功能器件和存储器芯片的引脚图32
2.4现场可编程逻辑器件及其应用34
2.4.1现场可编程器件概述34
2.4.2CPLD和FPGA的编程与应用37
本章内容小结和学习方法建议37
习题与思考题37
第3章数据表示、运算算法和线路实现39
3.1数字化信息编码的概念和二进制编码知识39
3.1.1数字化信息编码的概念39
3.1.2二进制编码和码制转换40
3.1.3检错纠错码45
3.2数据表示50
3.2.1逻辑类型数据的表示50
3.2.2字符类型数据的表示50
3.2.3多媒体信息编码53
3.2.4数值类型数据的表示55
3.3二进制数值数据的编码方案与运算算法60
3.3.1原码、反码、补码的定义60
3.3.2补码加、减运算规则和电路实现65
3.3.3原码一位乘法、除法的实现方案66
3.3.4实现乘法、除法的其他方案71
本章内容小结和学习方法建议76
习题与思考题77
目录计算机组成与体系结构（第3版）第4章运算器部件79
4.1算术逻辑运算单元的功能设计与线路实现79
4.2定点运算器81
4.2.1定点运算器部件的功能、组成与控制概述81
4.2.2设计实现一个简单的原理性8位运算器模型82
4.2.3运算器芯片Am2901实例与使用86
4.2.4MIPS多指令周期CPU系统的运算器的组成及其功能90
4.3浮点运算和浮点运算器92
4.3.1浮点数的运算规则92
4.3.2浮点运算器举例96
本章内容小结和学习方法建议98
习题与思考题99
第5章指令系统和汇编语言程序设计102
5.1指令格式和指令系统概述102
5.1.1指令的定义和指令格式102
5.1.2操作码的组织与编码103
5.1.3有关操作数的类型、个数、来源、去向和地址安排104
5.1.4指令的分类105
5.1.5指令周期及其对计算机性能和硬件结构的影响106
5.2基本寻址方式概述108
5.3指令系统举例111
5.3.1Pentium Ⅱ计算机的指令系统111
5.3.2MIPS32计算机的指令系统113
5.3.3PDP11计算机的指令系统114
5.3.4教学计算机的指令系统116
5.4教学计算机的汇编语言程序设计120
5.4.1汇编语言及其程序设计中的有关概念120
5.4.2教学计算机的汇编程序设计举例121
本章内容小结和学习方法建议127
习题与思考题127
第6章控制器部件130
6.1控制器的功能与组成概述130
6.2硬布线控制器132
6.2.1硬布线控制器的组成和运行原理简介132
6.2.2MIPS32计算机的控制器简介133
6.2.3TEC_XP_Ⅱ教学计算机的硬布线控制器的设计与实现139
6.3微程序控制器部件149
6.3.1微程序控制器的基本组成和运行原理150
6.3.2微程序设计中的下地址形成逻辑和微程序设计152
6.3.3TECXPⅡ教学计算机的微程序控制器的设计与实现155
本章内容小结和学习方法建议161
习题与思考题162
第7章多级结构存储器系统和主存储器166
7.1存储器系统概述166
7.1.1存储器分类166
7.1.2存储器系统目标167
7.1.3多级结构存储器系统169
7.2主存储器170
7.2.1主存储器概述170
7.2.2动态存储器的存储原理172
7.2.3静态存储器的存储原理173
7.2.4存储器容量扩展174
7.3教学计算机的主存储器实例176
7.4提高主存储器性能的途径179
本章内容小结和学习方法建议181
习题与思考题181
第8章高速缓冲存储器和虚拟存储器183
8.1高速缓冲存储器183
8.1.1Cache的运行原理183
8.1.2Cache的3种映像方式185
8.1.3Cache实用中的问题187
8.2虚拟存储器190
8.2.1虚拟存储器的概念介绍190
8.2.2段式存储管理190
8.2.3页式存储管理191
本章内容小结和学习方法建议193
习题与思考题193
第9章外部存储器设备196
9.1外存设备概述196
9.1.1主要技术指标196
9.1.2磁记录原理与记录方式197
9.2磁盘设备199
9.2.1磁记录介质199
9.2.2磁盘驱动器200
9.2.3磁盘控制器201
9.3磁盘阵列202
9.4光盘设备205
9.4.1只读光盘205
9.4.2可刻光盘206
9.4.3可擦写光盘208
9.4.4DVD208
9.4.5BluRay209
本章内容小结和学习方法建议209
习题与思考题209
第10章输入输出设备210
10.1输入输出设备概述210
10.2常用的输入设备211
10.3常用的输出设备212
10.3.1点阵式输出设备基本原理212
10.3.2显示器的组成和运行原理214
10.3.3打印机的组成和运行原理217
10.3.4计算机终端221
本章内容小结和学习方法建议221
习题与思考题222
第11章输入输出系统223
11.1计算机输入输出系统概述223
11.2计算机总线224
11.2.1总线概述224
11.2.2总线结构226
11.2.3总线宽度227
11.2.4总线时钟228
11.2.5总线仲裁230
11.2.6总线举例232
11.3输入输出接口238
11.3.1输入输出接口的功能238
11.3.2通用可编程接口组成239
11.3.3输入输出接口举例239
11.4输入输出方式242
11.4.1程序直接控制方式242
11.4.2程序中断传送方式243
11.4.3直接存储器访问方式245
11.4.4I/O通道控制方式247
11.4.5外围处理机方式247
本章内容小结和学习方法建议247
习题与思考题248
第12章流水线技术250
12.1流水线的基本概念250
12.1.1流水线的概念250
12.1.2流水线的表示方法252
12.1.3流水线的特点253
12.1.4流水线的分类方法254
12.2流水线的性能指标257
12.2.1流水线的吞吐率257
12.2.2流水线的加速比260
12.2.3流水线的效率260
12.2.4流水线的最佳段数261
12.3DLX指令集与DLX流水线261
12.3.1DLX指令集结构介绍261
12.3.2DLX的一种简单实现266
12.3.3DLX流水线的实现原理268
12.4流水线中的相关问题271
12.4.1结构相关271
12.4.2数据相关273
12.4.3控制相关279
12.5指令级并行技术284
12.5.1基本概念284
12.5.2多指令发射技术284
本章内容小结和学习方法建议287
习题与思考题288
第13章并行计算机体系结构289
13.1计算机体系结构概述289
13.1.1计算机体系结构的发展289
13.1.2计算机体系结构的分类290
13.1.3并行计算机体系结构分类292
13.2并行计算机系统的设计问题293
13.2.1并行计算机系统的互联网络293
13.2.2并行计算机系统的性能问题298
13.2.3并行计算机系统的软件问题300
13.3SIMD计算机简介301
13.3.1阵列处理机301
13.3.2向量处理机302
13.4共享内存的多处理机系统304
13.4.1一致性内存访问的UMA多处理机系统305
13.4.2非一致性内存访问的NUMA多处理机系统310
13.4.3基于Cache内存访问的COMA多处理机系统312
13.5基于消息传递的多计算机系统312
13.5.1大规模并行处理机314
13.5.2工作站集群315
本章内容小结和学习方法建议315
习题与思考题316
参考文献317