計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第5版·立體化教材)》由白中英主編，將計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩門課合二為一，重點(diǎn)講授計(jì)算機(jī)單處理機(jī)系統(tǒng)的組成和工作原理，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展講授并行計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。內(nèi)容共分10章：（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論；（2）運(yùn)算方法和運(yùn)算器；（3）多層次的存儲器；（4）指令系統(tǒng)；（5）中央處理機(jī)；（6）總線系統(tǒng)；（7
）外圍設(shè)備；（8）輸入輸出系統(tǒng)；（9）安騰高性能處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)；（10）并行體系結(jié)構(gòu)。附錄A中介紹了配套教材與教學(xué)設(shè)備。附錄B中給出了計(jì)算機(jī)組成原理研究生入學(xué)統(tǒng)考大綱?！队?jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第5版
·立體化教材)》是作者對“計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段進(jìn)行綜合改革的具體成果?！队?jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第5版·立體化教材)》特色：基礎(chǔ)性、時代性、系統(tǒng)性、實(shí)踐性、啟發(fā)性融為一體，文字教材、多媒體CAI軟件、教學(xué)課件、習(xí)題答案庫、自測試題庫、教學(xué)儀器綜合配套，形成“理論、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)”三個過程相統(tǒng)一的立體化教學(xué)體系。
《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第5版·立體化教材)》文字流暢、通俗易懂，可作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的教材，特別適合作軟件類和應(yīng)用類專業(yè)的教學(xué)用書，也可作為成人自學(xué)考試、全國計(jì)算機(jī)等級考試NCRE（四級）用書。《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第5版·立體化教材)》第四版獲2011年普通高等教育精品教材獎。

作者簡介

　　白中英，甘肅省永靖縣人。北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院二級教授、博士生導(dǎo)師。
　　在工程和科學(xué)研究中，“622小型通用計(jì)算機(jī)”獲1978年全國科學(xué)大會重大成果獎，1項(xiàng)成果獲國家級科技進(jìn)步三等獎，1項(xiàng)成果獲全國發(fā)明展銀質(zhì)獎，5項(xiàng)成果獲部級科技進(jìn)步一、二等獎，1項(xiàng)成果獲國家發(fā)明專利。近幾年主持完成國家863項(xiàng)目2項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)。在教育和教學(xué)研究中，《計(jì)算機(jī)組成原理教程》獲1992年國家級優(yōu)秀教材特等獎，“CNCC網(wǎng)絡(luò)型計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)”等4項(xiàng)成果分別獲1989年、1993年、1997年、2005年國家級教學(xué)成果一、二等獎。6項(xiàng)成果獲省部級教學(xué)成果、教材一等獎。2003年首屆北京市“教學(xué)名師獎”，2004年科學(xué)出版社50周年“優(yōu)秀作者獎”，2008年國家級優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)。先后出版著作22部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。研究方向：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全。

書籍目錄

第五版前言
第一章　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論
　1.1　計(jì)算機(jī)的分類
　1.2　計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡史
　1.2.1　計(jì)算機(jī)的五代變化
　1.2.2　半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展
　1.2.3　微處理器的發(fā)展
　1.2.4　計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)
　1.3　計(jì)算機(jī)的硬件
　1.3.1　硬件組成要素
　1.3.2　運(yùn)算器
　1.3.3　存儲器
　1.3.4　控制器
　1.3.5　適配器與輸入輸出設(shè)備
　1.4　計(jì)算機(jī)的軟件
　1.4.1　軟件的組成與分類
　1.4.2　軟件的發(fā)展演變
　1.5　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
　1.5.1　多級組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
　1.5.2　軟件與硬件的邏輯等價性
　本章小結(jié)
　習(xí)題　
第二章　運(yùn)算方法和運(yùn)算器
　2.1　數(shù)據(jù)與文字的表示方法
　2.1.1　數(shù)據(jù)格式
　2.1.2　數(shù)的機(jī)器碼表示
　2.1.3　字符與字符串的表示方法
　2.1.4　漢字的表示方法
　2.1.5　校驗(yàn)碼
　2.2　定點(diǎn)加法、減法運(yùn)算
　2.2.1　補(bǔ)碼加法
　2.2.2　補(bǔ)碼減法
　2.2.3　溢出概念與檢測方法
　2.2.4　基本的二進(jìn)制加法減法器
　2.3　定點(diǎn)乘法運(yùn)算
　2.3.1　原碼并行乘法
　2.3.2　直接補(bǔ)碼并行乘法
　2.4　定點(diǎn)除法運(yùn)算
　2.4.1　原碼除法算法原理
　2.4.2　并行除法器
　2.5　定點(diǎn)運(yùn)算器的組成
　2.5.1　邏輯運(yùn)算
　2.5.2　多功能算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)
　2.5.3　內(nèi)部總線
　2.5.4　定點(diǎn)運(yùn)算器的基本結(jié)構(gòu)
　2.6　浮點(diǎn)運(yùn)算方法和浮點(diǎn)運(yùn)算器
　2.6.1　浮點(diǎn)加法、減法運(yùn)算
　2.6.2　浮點(diǎn)乘法、除法運(yùn)算
　2.6.3　浮點(diǎn)運(yùn)算流水線
　2.6.4　浮點(diǎn)運(yùn)算器實(shí)例
　本章小結(jié)
　習(xí)題
　
第三章多層次的存儲器
　3.1　存儲器概述
　3.1.1　存儲器的分類
　3.1.2　存儲器的分級
　3.1　-3主存儲器的技術(shù)指標(biāo)
　3,2SRAM存儲器
　3.2.1　基本的靜態(tài)存儲元陣列
　3.2.2　基本的SRAM邏輯結(jié)構(gòu)
　3.2.3　讀寫周期波形圖
　3.3　DRAM存儲器
　3.3.1　DBAM存儲元的記憶原理
　3.3.2　DRAM芯片的邏輯結(jié)構(gòu)
　3.3.3　讀寫周期、刷新周期
　3.3.4　存儲器容量的擴(kuò)充
　3.3.5　高級的DRAM結(jié)構(gòu)
　3.3.6　DRAM主存讀寫的正確性校驗(yàn)
　3.4　只讀存儲器和閃速存儲器
　3.4.1　只讀存儲器ROM
　3.4.2　FLASH存儲器
　3.5　并行存儲器
　3.5.1　雙端口存儲器
　3.5.2　多模塊交叉存儲器
　3.6　cache存儲器
　3.6.1　cache基本原理
　3.6.2　主存與cache的地址映射
　3.6.3　替換策略
　3.6.4　cache的寫操作策略
　3.6.5　Pentium4的cache組織
　3.7　虛擬存儲器
　3.7.1　虛擬存儲器的基本概念
　3.7.2　頁式虛擬存儲器
　3.7.3　段式虛擬存儲器和段頁式虛擬存儲器
　3.7.4　虛存的替換算法
　3.8　奔騰系列機(jī)的虛存組織
　3.8.1　存儲器模型
　3.8.2　虛地址模式
　3.8.3　分頁模式下的地址轉(zhuǎn)換
　3.9　存儲保護(hù)
　3.9.1　存儲區(qū)域保護(hù)
　3.9.2　訪問方式保護(hù)
　本章小結(jié)
　習(xí)題
　
第四章指令系統(tǒng)
　4.1　指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求
　4.1.1　指令系統(tǒng)的發(fā)展
　4.1.2　對指令系統(tǒng)性能的要求
　4.1.3　低級語言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系
　4.2　指令格式
　4.2.1　操作碼
　4.2.2　地址碼
　4.2.3　指令字長度
　4.2.4　指令助記符
　4.2.5　指令格式舉例
　4.3　操作數(shù)類型
　4.3.1　-般的數(shù)據(jù)類型
　4.3.2　Pentium數(shù)據(jù)類型
　4.3.3　PowerPC數(shù)據(jù)類型
　4.4　指令和數(shù)據(jù)的尋址方式
　4.4.1　指令的尋址方式
　4.4.2　操作數(shù)基本尋址方式
　4.4.3　尋址方式舉例
　4.5　典型指令
　4.5.1　指令的分類
　4.5.2　基本指令系統(tǒng)的操作
　4.5.3　精簡指令系統(tǒng)
　4.6　ARM匯編語言
　本章小結(jié)
　習(xí)題
　
第五章中央處理機(jī)
　5.1　CPU的功能和組成
　5.1.1　CPU的功能
　5.1.2　CPU的基本組成
　5.1.3　CPU中的主要寄存器
　5.1　14操作控制器與時序產(chǎn)生器
　5.2　指令周期
　5.2.1　指令周期的基本概念
　5.2.2　MOV指令的指令周期
　5.2.3　LAD指令的指令周期
　5.2.4　ADD指令的指令周期
　5.2.5　STO指令的指令周期
　5.2.6　JMP指令的指令周期
　5.2.7　用方框圖語言表示指令周期
　5.3　時序產(chǎn)生器和控制方式
　5.3.1　時序信號的作用和體制
　5.3.2　時序信號產(chǎn)生器
　5.3.3　控制方式
　5.4　微程序控制器
　5.4.1　微程序控制原理
　5.4.2　微程序設(shè)計(jì)技術(shù)
　5.5　硬連線控制器
　5.6　傳統(tǒng)CPU
　5.6.1　Inte18088CPU
　5.6.2　IBM370系列CPU
　5.7　流水CPU
　5.7.1　并行處理技術(shù)
　5.7.2　流水CPU的結(jié)構(gòu)
　……
第六章　總線系統(tǒng)
第七章　外圍設(shè)備
第八章　輸入輸出系統(tǒng)
第九章　安騰高性能處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)
第十章　并行體系結(jié)構(gòu)
參考文獻(xiàn)
　　

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：現(xiàn)代的高性能處理機(jī)廣泛采用指令流水線和超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)。指令執(zhí)行一旦遇到分支轉(zhuǎn)移，在執(zhí)行判定操作之前，多個功能部件由于無法確定程序的執(zhí)行方向而空閑等待，使系統(tǒng)性能明顯下降。在傳統(tǒng)流水線體系結(jié)構(gòu)中，解決這一問題的辦法是使用轉(zhuǎn)移預(yù)測，也即根據(jù)系統(tǒng)預(yù)測的條件指令執(zhí)行的結(jié)果，選擇可能性最大的分支加載指令流，并提前執(zhí)行這一分支的指令流。而條件分支的預(yù)測不可能百分之百正確，一旦預(yù)測選擇了錯誤的分支，提前執(zhí)行的指令全部無效，指令隊(duì)列也必須重新排空，多個執(zhí)行部件必須延遲等待加載正確分支的指令流。因此，分支預(yù)測并不能充分利用處理機(jī)流水線的功能部件。2.安騰的推斷技術(shù)原理安騰體系結(jié)構(gòu)采用的推斷技術(shù)處理分支的方法是：利用多個功能部件并行執(zhí)行各個分支，然后根據(jù)判定結(jié)果選取某一分支的運(yùn)行結(jié)果，因而可消除大部分的轉(zhuǎn)移，使得整個系統(tǒng)的運(yùn)行速度得到提高。采用顯式并行指令計(jì)算技術(shù)的安騰處理機(jī)將處理機(jī)的多個功能部件的并行處理能力與編譯器的強(qiáng)大功能相結(jié)合，允許在編譯時讓編譯器對程序進(jìn)行優(yōu)化，消除轉(zhuǎn)移，提高效率。安騰處理機(jī)的指令系統(tǒng)允許在每條指令中都指定一個推斷寄存器。編譯器將分支的兩個路徑分別安排在處理機(jī)的不同功能部件中并行執(zhí)行，并給分支中的“then”路徑上的全部指令分配一個推斷寄存器Px，給分支中“else”路徑上的全部指令分配另一個推斷寄存器Py。程序運(yùn)行時，處理機(jī)遇到分支后，將由多個功能部件沿著分支的兩個指令序列并行執(zhí)行代碼。但處理機(jī)執(zhí)行分支的各路徑指令時，只將指令執(zhí)行結(jié)果暫存，并不真正保存結(jié)果。因?yàn)樵跅l件判斷語句執(zhí)行完之前，推斷寄存器的值是未定義的。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第5版?立體化教材)》是普通高等教育計(jì)算機(jī)類特色專業(yè)系列規(guī)劃教材之一。

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