计算机组成原理

《计算机组成原理》

第1章 计算机系统概论 ／1

1.1 计算机的发展与应用 ／1

1.1.1 国内外计算机发展概况 ／1

1.1.2 摩尔定律 ／2

1.1.3 计算机的发展趋势 ／3

1.1.4 多核处理器 ／4

1.1.5 嵌入式计算机 ／4

1.1.6 计算机的应用 ／5

1.2 计算机系统的组成 ／7

1.2.1 计算机硬件系统 ／7

1.2.2 计算机软件系统 ／11

1.3 计算机的性能指标和性能评价 ／12

1.3.1 基本性能指标 ／13

1.3.2 与执行时间有关的性能指标 ／13

1.3.3 cpu性能公式及其应用 ／16

1.3.4 性能测试 ／18

1.3.5 计算机系统的可靠性及其评价 ／21

1.4 计算机系统的层次结构 ／22

1.4.1 计算机系统的层次结构及各层简介 ／23

.1.4.2 各层之间的关系 ／24

1.4.3 硬件和软件逻辑功能的等价性 ／24

本章小结 ／25

习题1 ／27

课外实践 ／28

第2章 数据信息的表示 ／29

2.1 数据表示的目的及设计数据格式应考虑的因素 ／29

2.2 数值数据的表示 ／30

2.2.1 数的机器码表示 ／30

2.2.2 数的定点表示 ／35

2.2.3 浮点数据表示 ／37

2.2.4 十进制数的二进制编码与运算 ／41

2.3 非数值数据的表示 ／43

2.3.1 字符的表示方法 ／43

2.3.2 汉字编码 ／44

2.4 数据信息的校验 ／46

2.4.1 码距与数据校验 ／46

2.4.2 奇偶校验 ／47

2.4.3 海明校验 ／49

2.4.4 循环冗余校验(crc) ／53

本章小结 ／57

习题2 ／59

课外实践 ／61

第3章 运算方法与运算器 ／62

3.1 定点补码加减法运算 ／62

3.1.1 补码加减法运算方法 ／62

3.1.2 溢出及检测 ／65

3.1.3 补码加减法的逻辑实现 ／69

3.2 移码加减运算及实现逻辑 ／69

3.3 定点乘法运算 ／72

3.3.1 机器数的移位操作 ／72

3.3.2 原码一位乘法 ／73

3.3.3 补码一位乘法 ／76

3.3.4 阵列乘法器 ／79

3.4 定点除法运算 ／81

3.4.1 原码一位除法 ／81

3.4.2 基于不恢复余数的补码一位除法 ／84

3.4.3 阵列除法器 ／86

3.5 浮点运算 ／88

3.5.1 浮点数加减运算 ／88

3.5.2 浮点乘法运算 ／92

3.5.3 浮点除法运算 ／93

3.6 逻辑运算 ／93

3.7 运算器 ／94

3.7.1 定点运算器 ／94

3.7.2 浮点运算器 ／96

3.7.3 基本算术逻辑运算单元的设计 ／96

本章小结 ／104

习题3 ／108

课外实践 ／109

第4章 存储系统 ／110

4.1 存储器概述 ／110

4.1.1 存储器分类 ／110

4.1.2 主存的主要技术指标 ／112

4.1.3 主存中数据的存放 ／113

4.1.4 主存的基本结构和工作过程 ／115

4.1.5 存储系统层次结构 ／115

4.2 半导体存储器 ／116

4.2.1 静态mos存储器(sram) ／116

4.2.2 动态mos存储器(dram) ／120

4.2.3 只读存储器 ／125

4.2.4 新型存储器 ／128

4.3 主存的组织及与cpu的连接 ／131

4.3.1 存储器的扩展 ／132

4.3.2 存储器接口 ／136

4.4 并行主存系统 ／138

4.5 高速缓冲存储器(cache) ／141

4.5.1 程序访问的局部性原理 ／141

4.5.2 cache的工作原理 ／142

4.5.3 相联存储器 ／145

4.5.4 cache的地址映射及变换方法 ／146

4.5.5 替换算法 ／154

4.5.6 cache的写策略 ／159

4.5.7 多cache结构 ／160

4.6 虚拟存储器 ／161

4.6.1 虚拟存储器的工作原理 ／161

4.6.2 虚拟存储器的地址映射与变换 ／162

4.6.3 页式虚拟存储器 ／162

4.6.4 段式虚拟存储器 ／167

4.6.5 段页式虚拟存储器 ／168

4.7 存储保护 ／169

4.8 辅助存储器 ／170

4.8.1 磁表面存储器 ／170

4.8.2 光盘存储器 ／175

4.8.3 冗余磁盘阵列 ／178

本章小结 ／183

习题4 ／189

课外实践 ／192

第5章 指令系统 ／193

5.1 指令系统概述 ／193

5.2 指令格式 ／194

5.2.1 操作码 ／195

5.2.2 地址码 ／195

5.2.3 关于指令长度的有关概念 ／197

5.3 指令和操作数的寻址方式 ／198

5.3.1 指令的寻址方式 ／198

5.3.2 操作数寻址方式 ／199

5.3.3 寻址方式举例 ／207

5.4 指令系统类型 ／208

5.5 指令格式设计及优化 ／212

5.5.1 指令格式的设计 ／212

5.5.2 指令格式的优化 ／214

5.6 cisc和risc的基本概念 ／218

5.6.1 复杂指令系统计算机(cisc) ／218

5.6.2 精简指令系统计算机(risc) ／219

5.7 指令系统举例 ／220

5.7.1 8088／8086指令系统 ／220

5.7.2 pentiumⅱ指令系统 ／222

5.7.3 mips指令系统 ／223

本章小结 ／228

习题5 ／231

课外实践 ／233

第6章 中央处理器 ／234

6.1 中央处理器的功能与组成 ／234

6.1.1 中央处理器的功能 ／234

6.1.2 中央处理器的组成 ／234

6.2 指令周期 ／237

6.2.1 指令执行的一般流程 ／237

6.2.2 指令周期的基本概念 ／237

6.2.3 寄存器级传送语言rtl ／238

6.3 数据通路的构成及指令操作流程 ／239

6.3.1 基于单总线结构的数据通路 ／239

6.3.2 基于专用通路结构的数据通路 ／244

6.4 时序与控制 ／258

6.4.1 中央处理器的时序 ／258

6.4.2 控制方式 ／260

6.5 微程序控制器 ／261

6.5.1 微程序控制的基本概念 ／261

6.5.2 微程序控制器组成原理 ／263

6.5.3 微指令及其编码方法 ／265

6.5.4 微程序设计举例 ／267

6.6 硬布线控制器 ／271

6.6.1 硬布线控制器的模型 ／271

6.6.2 硬布线控制器的设计举例 ／271

6.7 中央处理器举例 ／277

本章小结 ／280

习题6 ／284

课外实践 ／286

第7章 流水线技术概述 ／287

7.1 流水线的基本概念 ／287

7.2 流水线的分类 ／288

7.3 流水线的性能分析 ／291

7.4 流水线的性能分析举例 ／295

7.5 流水线中的相关和冲突问题 ／298

7.5.1 经典5段mips指令流水线 ／299

7.5.2 流水线的冲突和相关 ／301

7.6 指令级高度并行技术 ／304

本章小结 ／305

习题7 ／306

课外实践 ／307

第8章 系统总线 ／308

8.1 总线基本概念 ／308

8.1.1 总线的分类 ／308

8.1。2 总线的特性 ／309

8.1.3 三态门与总线 ／310

8.1.4 总线事务类型 ／311

8.1.5 信号线的类型 ／311

8.1.6 总线性能指标 ／311

8.2 总线的连接方式 ／312

8.3 总线的仲裁方法 ／316

8.4 总线的定时方式 ／319

8.5 总线的信息传送 ／323

8.6 总线标准 ／325

8.6.1 总线发展概述 ／325

8.6.2 几种典型的流行总线标准 ／326

本章小结 ／335

习题8 ／338

课外实践 ／339

第9章 输入输出系统 ／340

9.1 输入输出特性 ／340

9.2 i／o接口 ／341

9.2.1 i／o接口的功能 ／341

9.2.2 i／o接口的结构 ／342

9.2.3 接口的分类 ／342

9.2.4 i／o的连接方式 ／343

9.2.5 i／o设备的编址 ／344

9.3 输入输出数据传输控制方式概述 ／345

9.4 程序查询控制方式 ／347

9.4.1 程序查询控制方式的接口 ／347

9.4.2 设备状态寄存器的格式 ／348

9.4.3 程序查询方式数据输入输出流程 ／348

9.5 程序中断控制方式 ／350

9.5.1 中断的概念 ／350

9.5.2 中断请求的建立与传送 ／353

9.5.3 中断响应 ／355

9.5.4 中断源识别以及获得中断服务程序人口地址的方法 ／355

9.5.5 中断处理流程 ／359

9.6 dma方式 ／363

9.6.1 dma的基本概念 ／363

9.6.2 dma传送方式 ／364

9.6.3 dma操作过程 ／365

9.6.4 dma控制器的基本组成 ／367

9.6.5 选择型和多路型dma控制器 ／368

9.7 通道方式 ／369

9.7.1 通道概念 ／369

9.7.2 通道的类型 ／369

9.7.3 cpu对通道的控制 ／371

9.7.4 通道结构的发展 ／371

9.8 输入输出设备 ／372

9.8.1 输入输出设备分类 ／372

9.8.2 输入设备的工作原理 ／373

9.8.3 输出设备 ／376

本章小结 ／389

习题9 ／392

课外实践 ／395

参考文献 ／396

读者可参考的资源网站 ／397