計算機組成與體系結構

內容概要

　　本書揭示現(xiàn)代計算機的內部工作方式，采用大量真實的例子，引導讀者逐步由淺入深地學習計算機體系結構。本書內容經(jīng)過精心組織，層次分明，內容翔實。對計算機硬件沒有預備知識的要求，非常適合于大學本科的教學。本書還設計大量難度不同的習題，幫助讀者更好地理解計算機工作原理?！　”緯到y(tǒng)介紹計算機組成與體系結構，主要內容包括：數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)、機器層次的數(shù)據(jù)表示方法、匯編層次的機器組織和結構、存儲器的組成和結構、接口和通信、功能組織、多處理器和可供選擇的其他結構、性能增強、網(wǎng)絡結構和分布式計算機系統(tǒng)等。本書把計算機科學技術與實際問題相結合，用大量精致圖片展示計算機內部結構，結構清晰，內容翔實，還包括大量補充材料和習題，方便教學?！　”緯勺鳛楦叩仍盒Ｓ嬎銠C及相關專業(yè)本科生的教材或參考書，也可供相關技術人員參考。

作者簡介

　　Linda Null　賓夕法尼亞州立大學計算機科學教授，美國愛荷華大學計算機科學博士。她長期教授操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、程序設計、計算機組成和體系結構課程，教齡近30年。目前，其研究領域包括面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全，操作系統(tǒng)安全和并發(fā)控制等。

書籍目錄

出版者的話專家指導委員會譯者序前言第1章　引言1.1概述1.2計算機的主要組成部分1.3計算機系統(tǒng)示例1.4國際標準化組織1.5計算機的發(fā)展史1.5.1第零代：機械計算器1.5.2第一代：真空管計算機1.5.3第二代：晶體管計算機1.5.4第三代：集成電路計算機1.5.5第四代：超大規(guī)模集成電路計算機1.5.6摩爾定律1.6計算機的分層組織結構1.7馮諾伊曼模型1.8非馮諾伊曼模型本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題第2章　計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示方法2.1概述2.2位置編碼系統(tǒng)2.3十進制數(shù)和二進制數(shù)之間的轉換2.3.1無符號整數(shù)的轉換2.3.2分數(shù)轉換2.3.3以2的指數(shù)冪為基數(shù)的數(shù)制之間的轉換2.4帶符號整數(shù)的表示方法2.4.1符號幅值表示法2.4.2補碼體系2.5浮點表示法2.5.1一個簡單的模型2.5.2浮點算法2.5.3浮點誤差2.5.4 IEEE一745浮點標準2.6字符編碼2.6.1二進制編碼的十進制數(shù)2.6.2EBCDIC2.6.3ASCII2.6.4統(tǒng)一字符編碼標準2.7用于數(shù)據(jù)記錄和傳遞的編碼方式2.7.1不歸零編碼2.7.2反轉不歸零編碼2.7.3相位調制編碼2.7.4頻率調制編碼2.7.5運行長度限制編碼2.8錯誤檢測與校正2.8.1循環(huán)冗余碼校驗2.8.2海明編碼2.8.3里德一所羅門編碼本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題第3章　布爾代數(shù)和數(shù)字邏輯3.1概述3.2布爾代數(shù)3.2.1布爾表達式3.2.2布爾恒等式3.2.3布爾表達式的化簡3.2.4反碼3.2.5布爾函數(shù)的表示方法3.3邏輯門3.3.1邏輯門的表示符號3.3.2通用門電路3.3.3多輸入的門電路3.4數(shù)字電路元件3.4.1數(shù)字電路及其與布爾代數(shù)的相互關系3.4.2集成電路3.5組合邏輯電路3.5.1基本概念3.5.2典型的組合邏輯電路3.6時序電路3.6.1基本概念3.6.2時鐘信號3.6.3觸發(fā)器3.6.4典型的時序邏輯電路3.7電路設計本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題卡諾圖專題3A.1概述3A.2卡諾圖的描述和基本術語3A.3利用卡諾圖化簡二變量函數(shù)3A.4利用卡諾圖化簡三變量函數(shù)3A.5利用卡諾圖化簡四變量函數(shù)3A.6無關條件3A.7小結練習題第4章　MARIE：簡單計算機模型4.1概述4.1.1CPU的基本知識和組成原理4.1.2總線4.1.3時鐘4.1.4輸入／輸出子系統(tǒng)4.1.5存儲器組成和尋址方式4.1.6中斷4.2MARIE4.2.1體系結構4.2.2寄存器和總線4.2.3指令系統(tǒng)體系結構4.2.4寄存器傳輸表示法4.3指令的執(zhí)行過程4.3.1取指一譯碼一執(zhí)行周期4.3.2中斷和輸入／輸出4.4一個簡單的程序4.5有關編譯程序的討論4.5.1編譯程序的功能4.5.2為什么使用匯編語言4.6MARIE指令集的擴充4.7有關譯碼的討論：硬件譯碼和微程序控制譯碼4.8實際的計算機體系結構4.8.1 Intel體系結構4.8.2 MIPS體系結構本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題第5章　指令系統(tǒng)體系結構概覽5.1概述5.2指令格式5.2.1指令系統(tǒng)的設計5.2.2小端和大端的位序問題5.2.3CPU的內部存儲機制：堆棧和寄存器5.2.4操作數(shù)的數(shù)目和指令的長度5.2.5擴展操作碼5.3指令類型5.4尋址5.4.1數(shù)據(jù)類型5.4.2尋址方式5.5指令流水線5.6 ISA體系結構的真實案例5.6.1 Intel體系結構5.6.2 MIPS體系結構5.6.3 Java虛擬機本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題第6章　存儲器6.1概述6.2存儲器的類型6.3存儲器的層次結構6.4高速緩存存儲器6.4.1高速緩存的映射模式6.4.2置換策略6.4.3有效存取時間和命中幾率6.4.4何時高速緩存的方法會失效6.4.5高速緩存的寫策略6.5虛擬存儲器6.5.1分頁6.5.2使用分頁的有效存取時間6.5.3綜合舉例：同時使用高速緩存、TLB和分頁6.5.4分頁和虛擬存儲器的優(yōu)缺點6.5.5分段6.5.6分頁和分段的組合方式6.6存儲器管理實例本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題第7章　輸入／輸出和存儲系統(tǒng)7.1概述7.2AMDAHL定律7.3輸入／輸出體系結構7.3.1 I／0的控制方法7.3.2 I／O總線操作7.3.3深入討論中斷控制的I／O7.4磁盤技術7.4.1硬盤驅動器7.4.2軟盤7.5光盤7.5.1 CD-ROM7.5.2DVD7.5.3光盤記錄方法7.6磁帶7.7獨立磁盤冗余陣列7.7.1RAID Level O7.7.2RAID Level 17.7.3RAID Level 27.7.4RAID Level 37.7.5RAID Level 47.7.6RAID Level 57.7.7RAID Level 6‘7.7.8混合RAID系統(tǒng)7.8數(shù)據(jù)壓縮7.8.1統(tǒng)計編碼7.8.2Ziv—Lempet(LZ)字典系統(tǒng)7.8.3GIF和PNG壓縮7.8.4 JPEG壓縮本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題選擇磁盤存儲器的實現(xiàn)專題7A.1概述7A.2數(shù)據(jù)傳輸模式7A.3SCSI7A.4存儲器的區(qū)域網(wǎng)絡7A.5其他的I／0連接7A.6小結練習題第8章　系統(tǒng)軟件8.1概述8.2操作系統(tǒng)8.2.1操作系統(tǒng)的發(fā)展史8.2.2操作系統(tǒng)設計8.2.3操作系統(tǒng)服務8.3保護環(huán)境8.3.1虛擬機8.3.2子系統(tǒng)和分區(qū)8.3.3保護環(huán)境和計算機系統(tǒng)體系結構的發(fā)展進程8.4編程工具8.4.1匯編程序和匯編8.4.2鏈接編輯器8.4.3動態(tài)鏈接庫8.4.4編譯器8.4.5解釋器8.5 Java：一種綜合語言8.6數(shù)據(jù)庫軟件8.7事務管理器本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題第9章　可選擇的體系結構9.1概述9.2 RISC計算機9.3FLYNN分類方法9.4并行和多處理器體系結構9.4.1超標量和Vuw體系結構9.4.2矢量處理器9.4.3互連網(wǎng)絡9.4.4共享存儲器的多處理器9.4.5分布式計算9.5新的并行處理方法9.5.1數(shù)據(jù)流計算9.5.2神經(jīng)網(wǎng)絡9.5.3脈動陣列本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題第10章　性能度量和分析10.1概述10.2基本的計算機性能方程式10.3數(shù)學預備知識10.3.1平均數(shù)的意義10.3.2統(tǒng)計學和語義學10.4基準10.4.1時鐘速率、M1PS和FLOPS10.4.2綜合基準：Whetstone、Linpack和Dhrystone10.4.3標準性能評估公司基準10.4.4事務性能委員會基準10.4.5系統(tǒng)仿真1O.5 CPU性能優(yōu)化10.5.1分支優(yōu)化10.5.2使用好的算法和簡單的代碼10.6磁盤性能10.6.1性能問題lO.6.2物理性能10.6.3邏輯性能本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題第11章　網(wǎng)絡組織和體系結構11.1概述11.2早期的商業(yè)計算機網(wǎng)絡11.3早期的學術和科學網(wǎng)絡：因特網(wǎng)的起源和體系結構11.4網(wǎng)絡協(xié)議1：ISO／OsI協(xié)議11.4.1一個比喻11.4.2 OSI參考模型11.5網(wǎng)絡協(xié)議2：TCP／IP網(wǎng)絡結構11.5.1IPv4網(wǎng)際協(xié)議層11.5.2IPv4遇到的困難11.5.3TCP11.5.4TCP的工作原理11.5.5IPv611.6網(wǎng)絡組織結構11.6.1物理傳輸介質11.6.2網(wǎng)絡接口卡11.6.3轉發(fā)器11.6.4集線器11.6.5交換機11.6.6網(wǎng)橋和網(wǎng)關11.6.7路由器和路由11.7高容量數(shù)字鏈路11.7.1數(shù)字分層體系11.7.2ISDN11.7.3異步傳輸模式11.8因特網(wǎng)的概況11.8.1走進因特網(wǎng)11.8.2遨游因特網(wǎng)本章小結深入閱讀參考文獻基本概念和術語復習練習題附錄A　數(shù)據(jù)結構和計算機術語表部分練習題答案和提示

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