計算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)

內(nèi)容概要

　　《計算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》是上海市精品課程“計算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”的配套教材之一。全書共分8章，按計算機(jī)基礎(chǔ)、組成、系統(tǒng)三個層次介紹了計算機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)部分包括第1～3章，即計算機(jī)系統(tǒng)概論、數(shù)字電路基礎(chǔ)和計算機(jī)中的邏輯部件、信息表示與運(yùn)算基礎(chǔ)；組成部分包括第4.2～4.3節(jié)、第5章和第6章，即主存儲器、輔助存儲器、中央處理器、外部設(shè)備；系統(tǒng)部分包括4.1節(jié)、第6～8章，即分級存儲體系、外部設(shè)備、輸入輸出系統(tǒng)（含總線系統(tǒng)）和計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

書籍目錄

第一章 計算機(jī)系統(tǒng)概論 1.1 計算機(jī)系統(tǒng)簡介 1.1.1 計算機(jī)硬件和軟件的概念 1.1.2 計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1.1.3 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與計算機(jī)組成 1.2 圖靈機(jī) 1.2.1 圖靈機(jī)簡介 1.2.2 圖靈機(jī)的基本模型 1.3 計算機(jī)的基本組成 1.3.1 馮?諾依曼計算機(jī)的特點(diǎn) 1.3.2 計算機(jī)的主要部件 1.3.3 計算機(jī)的總線結(jié)構(gòu) 1.3.4 計算機(jī)的工作過程 1.4 計算機(jī)的主要性能指標(biāo) 1.5 計算機(jī)的主要應(yīng)用 1.6 計算機(jī)的發(fā)展方向 本章小結(jié) 習(xí)題 第二章 數(shù)字電路基礎(chǔ)和計算機(jī)中的邏輯部件 2.1 數(shù)字電路基礎(chǔ) 2.1.1 半導(dǎo)體材料和晶體二極管簡介 2.1.2 雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)及其伏安特性 2.1.3 MOS管的結(jié)構(gòu)及其伏安特性 2.2 布爾代數(shù)和基本邏輯門電路 2.2.1 布爾代數(shù)基礎(chǔ)知識 2.2.2 基本邏輯運(yùn)算和基本邏輯門電路 2.3 組合邏輯電路 2.3.1 基本邏輯門 2.3.2 數(shù)據(jù)選擇器 2.3.3 譯碼器 2.4 時序邏輯電路 2.4.1 基本RS觸發(fā)器 2.4.2 D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器 2.4.3 寄存器 2.5 可編程邏輯器件 2.5.1 概述 2.5.2 可編程只讀存儲器 2.5.3 可編程邏輯陣列 2.5.4 可編程陣列邏輯和通用陣列邏輯 2.5.5 其他新型陣列邏輯電路 2.5.6 復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD和FPGA 本章小結(jié) 習(xí)題 第三章 信息表示與運(yùn)算基礎(chǔ) 3.1 常用的進(jìn)位計數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換 3.1.1 常用的進(jìn)位計數(shù)制 3.1.2 數(shù)制轉(zhuǎn)換 3.2 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算 3.2.1 機(jī)器數(shù) 3.2.2 機(jī)器數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示法 3.3 非數(shù)值數(shù)據(jù)編碼 3.3.1 ASCII字符編碼 3.3.2 漢字編碼 3.4 十進(jìn)制數(shù)的編碼 3.5 數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼 3.5.1 奇偶校驗(yàn)碼 3.5.2 海明校驗(yàn)碼 3.5.3 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 3.6 其他信息的表示 3.6.1 語音的計算機(jī)表示方法 3.6.2 位圖圖像的計算機(jī)表示方法 3.6.3 圖形的計算機(jī)表示方法 本章小結(jié) 習(xí)題 第四章 存儲系統(tǒng) 4.1 分級存儲體系 4.1.1 存儲系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 4.1.2 存儲系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu) 4.1.3 虛擬存儲器 4.1.4 Cache-主存結(jié)構(gòu) 4.2 主存儲器 4.2.1 概述 4.2.2 半導(dǎo)體存儲器 4.2.3 主存儲器的組成 4.2.4 內(nèi)存條 4.2.5 并行存儲結(jié)構(gòu) 4.2.6 相聯(lián)存儲器 4.3 輔助存儲器 4.3.1 輔助存儲器的主要技術(shù)指標(biāo) 4.3.2 磁表面存儲原理和磁記錄方式 4.3.3 磁盤存儲器 4.3.4 磁帶存儲器 4.3.5 光盤存儲器 4.3.6 閃速存儲器 4.3.7 磁盤陣列RAID 4.3.8 網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng) 本章小結(jié) 習(xí)題 第五章 中央處理器 5.180x86微處理器 5.1.180x86微處理器概述 5.1.280x86微處理器的組成 5.1.380x86寄存器組 5.280x86的指令系統(tǒng) 5.2.1 機(jī)器語言與匯編語言 5.2.280x86的指令與數(shù)據(jù)的尋址方式 5.2.380x86的指令系統(tǒng) 5.2.4 CISC和RISC的比較 5.3 指令的時序 5.3.1 指令時序的控制方式 5.3.2 同步控制方式的時序 5.3.3 典型指令的微操作分析 5.3.4 控制器的控制方式 5.3.5 指令時序的形成 5.4 控制器設(shè)計簡介 5.4.1 控制器的基本組成 5.4.2 硬布線控制器 5.4.3 微程序控制器 5.4.4 硬布線控制器和微程序控制器的比較 本章小結(jié) 習(xí)題 第六章 外部設(shè)備 6.1 外部設(shè)備概述 6.2 輸入設(shè)備 6.3 輸出設(shè)備——顯示器 6.3.1 顯示器概述 6.3.2 顯示技術(shù)中的有關(guān)術(shù)語 6.3.3 CRT顯示器 6.3.4 字符顯示器 6.3.5 圖形顯示器 6.3.6 圖像顯示器 6.3.7 視頻顯示標(biāo)準(zhǔn) 6.3.8 新型平板顯示器 6.4 打印輸出設(shè)備 6.4.1 概述 6.4.2 針式打印機(jī) 6.4.3 噴墨打印機(jī) 6.4.4 激光打印機(jī) 6.5 其他外部設(shè)備 本章小結(jié) 習(xí)題 第七章 輸入輸出系統(tǒng) 7.1 輸入輸出系統(tǒng)概述 7.2 計算機(jī)總線 7.2.1 總線概述 7.2.2 總線系統(tǒng)的工作原理 7.2.3 常用總線介紹 7.3 輸入輸出接口 7.3.1 概述 7.3.2 并行通信和并行接口 7.3.3 串行通信和串行接口 7.3.4 微機(jī)中常用接口介紹 7.4 輸入輸出方式 7.4.1 程序查詢方式 7.4.2 程度中斷方式 7.4.3 DMA控制方式 7.4.4 通道控制方式 本章小結(jié) 習(xí)題 第八章 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 8.1 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)概述 8.1.1 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 8.1.2 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的弗林（Flynn）分類法 8.2 并行計算機(jī)系統(tǒng)概述 8.2.1 并行計算機(jī)結(jié)構(gòu)分類 8.2.2 提高計算機(jī)并行性的措施 8.3 流水線技術(shù) 8.3.1 標(biāo)量流水技術(shù) 8.3.2 流水線中的多指令流出技術(shù) 8.3.3 向量流水線處理機(jī) 8.4 其他流行的并行計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8.5 新型計算機(jī)與技術(shù)研究進(jìn)展 8.5.1 多核處理器計算機(jī) 8.5.2 數(shù)據(jù)流計算機(jī) 8.5.3 歸約機(jī) 本章小結(jié) 習(xí)題 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　本章要點(diǎn) 　　與早期的以運(yùn)算器為中心的計算機(jī)不同，現(xiàn)代計算機(jī)已形成了以存儲器為中心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。而當(dāng)今全球的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)也已趨向于以存儲系統(tǒng)作為核心依托繼續(xù)發(fā)展，因此，存儲器和存儲系統(tǒng)已成為影響整個計算機(jī)世界的最大吞吐量的決定性因素。本章講解的思路是先介紹組成存儲系統(tǒng)的存儲器，再介紹當(dāng)今的存儲系統(tǒng)及發(fā)展趨勢。重點(diǎn)討論最新存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)概念以及存儲器的最基本組成和工作原理。 　　存儲器和存儲系統(tǒng)是兩個不同的概念。存儲器是計算機(jī)用來存放程序和數(shù)據(jù)的重要元件。而存儲系統(tǒng)則有狹義和廣義之分，狹義上的存儲系統(tǒng)通常是由幾個容量、速度和價格各不相同的存儲器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來而構(gòu)成的系統(tǒng)，它是存儲器元件的擴(kuò)展，主要針對個體計算機(jī)而言。而廣義的存儲系統(tǒng)主要是針對網(wǎng)絡(luò)而言，它已不再是簡單的磁盤或磁盤陣列等存儲設(shè)備的組合，而是由多個網(wǎng)絡(luò)智能化的磁盤陣列和存儲控制管理系統(tǒng)構(gòu)成的，隨著目前網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，廣義上的存儲系統(tǒng)已經(jīng)成為整個網(wǎng)絡(luò)信息化所不可或缺的支撐，同時也成為了當(dāng)今云計算的基礎(chǔ)。本書在對廣義的存儲系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹的同時，主要講解狹義上的存儲系統(tǒng)概念，著重以現(xiàn)今主流的分級存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行講解。 　　4.1 分級存儲體系 　　4.1.1 存儲系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 　　可以用以下幾個技術(shù)指標(biāo)來描述存儲系統(tǒng)的性能。 　　1存儲容量 　　存儲器是用來存放“0”、“1”信息的重要元件，猶如一個龐大的“數(shù)據(jù)倉庫”里的儲物柜。存儲容量是計算機(jī)存儲信息的能力。它被定義為存儲器中可以容納的存儲單元的總數(shù)。 　　存儲容量的基本單位是字節(jié)B（Byte，8位二進(jìn)制數(shù)碼），還可用KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）、TB（太字節(jié)）和PB（皮字節(jié)）來衡量。 　　對于字節(jié)編址的計算機(jī)，常用字節(jié)數(shù)來表示存儲容量；對于字編址的計算機(jī)，一般用字?jǐn)?shù)與其字長的乘積來表示存儲容量。如某機(jī)的主存容量為64 K×16，表示它有64 K個存儲單元，每個存儲單元的字長為16位，若改用字節(jié)數(shù)表示，則可記為128 KB。 　　通常，計算機(jī)的存儲容量越大，存放的信息就越多，處理問題的能力就越強(qiáng)。 　　2存取速度 　　存儲器的存取速度通常由存取時間Ta、存取周期Tm和存儲器帶寬Bm等參數(shù)來描述。存取速度主要取決于存儲器件的工藝，也受存儲容量大小的影響。 　?。?）存取時間Ta 　　存取時間又稱訪問時間或讀寫時間，是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。例如，讀出時間定義為從CPU向存儲器發(fā)出有效地址和讀命令開始，直到把被選單元的內(nèi)容讀出為止所用的時間；寫入時間是指從CPU向存儲器發(fā)出有效地址和寫命令開始，直到把信息寫入被選單元為止所用的時間。顯然，Ta越小，存取速度越快。 　?。?）存取周期Tm 　　存取周期又叫讀寫周期，它是指存儲器進(jìn)行一次完整的讀寫操作所需的全部時間，即連續(xù)兩次訪問存儲器操作之間所需的最短時間。顯然，一般情況下，Tm>Ta。這是因?yàn)閷τ谌魏我环N存儲器，在讀寫操作之后，總要有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原時間。對于破壞性讀出的RAM，存取周期往往比存取時間要大得多，甚至可達(dá)到Tm=2Ta，這是因?yàn)榇鎯ζ髦械男畔⒆x出后需要馬上進(jìn)行重寫（再生）。 　?。?）存儲器帶寬Bm 　　存儲器帶寬又稱數(shù)據(jù)傳輸率，是指每秒從存儲器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。例如，存儲器周期是500 ns，每個存儲器周期可訪問16位（2個字節(jié)），則它的帶寬是32 Mbps。目前，存儲器提供信息的速度還跟不上CPU處理指令和數(shù)據(jù)的速度，所以，存儲器的帶寬是改善計算機(jī)系統(tǒng)瓶頸的一個關(guān)鍵因素。為提高存儲器的帶寬，可采取縮短存儲周期、增加存儲字長、增加存儲體等措施。　　……

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