計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)

前言

為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，“計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)”課程將“計(jì)算機(jī)組成原理”與“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”兩門重要課程合并，作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的重要核心課程之一。從課程地位來說，它在先導(dǎo)課和后續(xù)課之間起著承上啟下和繼往開來的作用?！坝?jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)，具有知識(shí)面廣、內(nèi)容多、難度大、更新快等特點(diǎn)，尤其是多核技術(shù)和并行處理技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)本課程的內(nèi)容設(shè)置提出了新的要求。另外，體現(xiàn)新特點(diǎn)、新要求的教材對(duì)于提高課程教學(xué)水平，促進(jìn)計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展起著十分重要的作用。為此，我們結(jié)合多年的課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)需求編寫了此教材，期望能為課程建設(shè)做一點(diǎn)工作。在編寫過程中，力爭(zhēng)體現(xiàn)出如下特色：1）內(nèi)容全面準(zhǔn)確，基本概念清楚；2）注重知識(shí)的系統(tǒng)性，使學(xué)生能建立計(jì)算機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)概念；3）注重知識(shí)結(jié)構(gòu)的合理性，為進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)有關(guān)計(jì)算機(jī)后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)；4）加強(qiáng)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，注意學(xué)生的綜合能力啟發(fā)與培養(yǎng)；5）力圖反映新技術(shù)、新理念，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的需要。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，新思維、新技術(shù)、新器件不斷問世，因而，課程教材的部分內(nèi)容不可避免會(huì)出現(xiàn)過時(shí)、老化，需要及時(shí)更新。同時(shí)，學(xué)科專業(yè)教學(xué)體系和課程內(nèi)容的組合與調(diào)整，也在客觀上對(duì)課程教材提出了新的要求。為此，我們決定編寫適應(yīng)新的課程教學(xué)的《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》教材。本書內(nèi)容安排與中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)教育委員會(huì)、全國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)聯(lián)合推薦的《計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)計(jì)劃1993》和《2008全國(guó)計(jì)算機(jī)專業(yè)綜合考試大綱》要求是相一致的。從傳授基礎(chǔ)知識(shí)和培養(yǎng)能力的目標(biāo)出發(fā)，并結(jié)合本課程教學(xué)的特點(diǎn)、難點(diǎn)和要點(diǎn)，編者在教材編寫過程中堅(jiān)持“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、重能力”的九字方針。所謂“厚基礎(chǔ)”，是指教材必須具有合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，學(xué)生必須掌握寬厚的硬件基礎(chǔ)知識(shí)和整機(jī)概念；所謂“寬專業(yè)”，是指拓寬專業(yè)知識(shí)的覆蓋面，學(xué)生要了解相關(guān)技術(shù)的基本內(nèi)容；所謂“重能力”，是指培養(yǎng)學(xué)生的硬件分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試能力。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》系統(tǒng)介紹計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)。主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算方法和運(yùn)算器組成、指令系統(tǒng)、CPU、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備和系統(tǒng)、流水線技術(shù)、并行處理技術(shù)和多核技術(shù)等?！队?jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》依據(jù)課程教學(xué)的特點(diǎn)、難點(diǎn)和要點(diǎn)，著重“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、重能力”的編寫方針，加強(qiáng)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，力圖反映計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)中的新技術(shù)、新理念，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的需要?！　　队?jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》適合作為高等院校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的本科生教材，也適合廣大讀者學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成和體系結(jié)構(gòu)使用。

書籍目錄

出版者的話.前言第1章 緒論1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成及其層次結(jié)構(gòu)1.2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本功能1.2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本硬件結(jié)構(gòu)1.2.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本軟件結(jié)構(gòu)1.3 計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)與發(fā)展1.3.1 計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)1.3.2 計(jì)算機(jī)組成與實(shí)現(xiàn)1.3.3 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)1.4 新型計(jì)算機(jī)與技術(shù)研究進(jìn)展本章小結(jié)習(xí)題第2章 運(yùn)算方法與運(yùn)算器2.1 數(shù)據(jù)的表示——常用的信息編碼2.1.1 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示2.1.2 字符類型數(shù)據(jù)的表示2.1.3 邏輯數(shù)據(jù)的表示2.1.4 校驗(yàn)碼2.2 定點(diǎn)加.減法運(yùn)算2.2.1 補(bǔ)碼加.減運(yùn)算2.2.2 溢出的概念與檢測(cè)方法2.2.3 基本的二進(jìn)制加／減法器2.2.4 十進(jìn)制加法器2.3 定點(diǎn)乘法運(yùn)算2.3.1 原碼并行乘法2.3.2 補(bǔ)碼并行乘法2.4 定點(diǎn)除法運(yùn)算2.4.1 原碼除法運(yùn)算原理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.減法運(yùn)算2.6.2 浮點(diǎn)乘.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3章 指令系統(tǒng)3.1 指令系統(tǒng)概述3.1.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展3.1.2 指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求3.1.3 計(jì)算機(jī)語言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系3.2 指令格式3.2.1 操作碼3.2.2 地址碼3.2.3 指令字長(zhǎng)度3.2.4 指令助記符3.2.5 指令格式舉例3.3 尋址方式3.3.1 指令的尋址方式3.3.2 操作數(shù)尋址方式3.3.3 堆棧尋址方式3.3.4 尋址方式應(yīng)用舉例3.4 指令系統(tǒng)3.4.1 指令的分類3.4.2 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)3.4.3 指令系統(tǒng)和匯編程序的設(shè)計(jì)本章小結(jié)習(xí)題第4章 中央處理器4.1 CPU的組成和功能4.1.1 CPU的功能4.1.2 CPU的組成及基本寄存器4.1.3 操作控制器與時(shí)序產(chǎn)生器4.2 指令周期4.2.1 指令周期的基本概念4.2.2 典型指令的指令周期分析4.2.3 指令周期的方框圖表示方法4.3 時(shí)序及控制信號(hào)4.3.1 控制部件的功能和組成4.3.2 時(shí)序信號(hào)的作用和分級(jí)體制4.3.3 時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生器4.3.4 控制信號(hào)的產(chǎn)生方法及控制方式4.4 硬布線控制器部件4.4.1 硬布線控制器的基本組成和工作原理4.4.2 硬布線控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.5 微程序控制器部件4.5.1 微程序控制器的基本組成和工作原理4.5.2 微命令編碼方式4.5.3 微地址的形成方法4.5.4 微指令的格式4.5.5 動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)本章小結(jié)習(xí)題第5章 存儲(chǔ)系統(tǒng)5.1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述5.1.1 存儲(chǔ)器的分類5.1.2 存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)5.2 主存儲(chǔ)器的組成與設(shè)計(jì)5.2.1 主存儲(chǔ)器的作用及分類5.2.2 靜態(tài)存儲(chǔ)器5.2.3 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器5.2.4 主存儲(chǔ)器與CPU的連接5.2.5 主存的讀寫周期5.2.6 主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)5.2.7 提高主存儲(chǔ)器性能的途徑..5.2.8 內(nèi)存條5.3 高速緩沖存儲(chǔ)器5.3.1 高速緩沖存儲(chǔ)器的運(yùn)行原理5.3.2 高速緩沖存儲(chǔ)器的映射方式5.3.3 替換策略5.4 只讀存儲(chǔ)器和閃速存儲(chǔ)器5.4.1 只讀存儲(chǔ)器5.4.2 閃速存儲(chǔ)器5.5 虛擬存儲(chǔ)器5.5.1 虛擬存儲(chǔ)器的運(yùn)行原理5.5.2 段式存儲(chǔ)管理5.5.3 頁式存儲(chǔ)管理5.5.4 段頁式存儲(chǔ)管理5.6 存儲(chǔ)保護(hù)5.6.1 存儲(chǔ)區(qū)域保護(hù)5.6.2 訪問方式保護(hù)5.7 輔助存儲(chǔ)器本章小結(jié)習(xí)題第6章 輸入輸出設(shè)備6.1 概述6.1.1 輸入輸出設(shè)備的一般功能6.1.2 輸入輸出設(shè)備的分類6.2 顯示設(shè)備的組成和工作原理6.2.1 顯示設(shè)備概述6.2.2 字符／圖形顯示器6.2.3 圖像顯示器6.2.4 IBMPC系列機(jī)的顯示系統(tǒng)6.3 打印機(jī)設(shè)備的組成和基本原理6.3.1 針式打印機(jī)6.3.2 噴墨打印機(jī)6.3.3 激光打印機(jī)6.4 計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備6.4.1 鍵盤6.4.2 鼠標(biāo)設(shè)備6.5 外部存儲(chǔ)設(shè)備6.5.1 外部存儲(chǔ)設(shè)備概述6.5.2 磁盤設(shè)備6.5.3 光盤設(shè)備本章小結(jié)習(xí)題第7章 輸入輸出系統(tǒng)7.1 輸入輸出系統(tǒng)概述7.2 計(jì)算機(jī)總線的功能與組成7.2.1 計(jì)算機(jī)總線概述7.2.2 計(jì)算機(jī)總線的構(gòu)成7.2.3 總線仲裁和數(shù)據(jù)傳輸控制7.3 輸入輸出接口概述7.3.1 輸入輸出接口的基本功能7.3.2 通用可編程接口的一般組成7.3.3 接口實(shí)例7.4 常用的輸入輸出方式概述7.4.1 程序查詢方式7.4.2 程序中斷方式7.4.3 DMA方式7.4.4 通道方式本章小結(jié)習(xí)題第8章 流水線結(jié)構(gòu)與技術(shù)8.1 流水線的基本概念8.1.1 流水線簡(jiǎn)介8.1.2 流水線工作原理8.2 流水線的分類方法8.2.1 流水線的分級(jí)8.2.2 流水線的功能8.2.3 流水線的結(jié)構(gòu)特征8.3 流水線的性能指標(biāo)8.3.1 流水線的吞吐率8.3.2 流水線的加速比8.3.3 流水線的效率8.4 流水線中的相關(guān)問題8.4.1 資源相關(guān)8.4.2 數(shù)據(jù)相關(guān)8.4.3 控制相關(guān)本章小結(jié)習(xí)題第9章 并行計(jì)算基礎(chǔ)與多核技術(shù)9.1 并行計(jì)算基礎(chǔ)9.1.1 并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)9.1.2 并行計(jì)算模型9.2 并行編程環(huán)境9.2.1 編程語言與編譯器9.2.2 HPF：數(shù)據(jù)并行編程9.2.3 OpenMP：共享存儲(chǔ)并行編程9.3 并行計(jì)算性能評(píng)測(cè)9.3.1 并行程序執(zhí)行時(shí)間9.3.2 加速比性能定律9.3.3 并行程序性能評(píng)價(jià)方法9.4 并行超級(jí)計(jì)算機(jī)9.5 超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)芯片發(fā)展9.5.1 超大規(guī)模集成電路技術(shù)9.5.2 系統(tǒng)芯片9.6 多核體系結(jié)構(gòu)發(fā)展概況9.6.1 多核芯片9.6.2 片上多核處理器體系結(jié)構(gòu)9.6.3 芯片組對(duì)多核的支持9.7 系統(tǒng)軟件對(duì)多核處理器的支持方法9.7.1 調(diào)度與中斷9.7.2 輸入輸出系統(tǒng)9.7.3 存儲(chǔ)管理與文件系統(tǒng)9.7.4 虛擬化技術(shù)9.7.5 典型的支持多核的操作系統(tǒng)本章小結(jié)習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論本章首先從結(jié)構(gòu)層次的觀點(diǎn)，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成進(jìn)行概述，粗略地介紹硬件、軟件的概念和組成，使讀者初步認(rèn)識(shí)完整計(jì)算機(jī)的基本組成，并從層次結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)概況給出了介紹。1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用什么是計(jì)算機(jī)？從其本質(zhì)含義來說，就是能夠協(xié)助人類完成各類數(shù)值處理的工具。例如，人們非常熟悉的算盤，就是一種簡(jiǎn)便而優(yōu)良的計(jì)算工具。在電子計(jì)算器或者電子計(jì)算機(jī)普及之前，計(jì)算尺也是工程界廣泛使用的計(jì)算工具之一。計(jì)算尺是在木制的尺子狀的材料上，印上各種刻度和數(shù)字標(biāo)記，通過拉動(dòng)中間可移動(dòng)的部分，找出不同位置上刻度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來完成一次計(jì)算過程。計(jì)算尺在科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)等數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域曾被廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了重要作用。然而，其計(jì)算功能的專用性和較大的誤差卻限制了它的應(yīng)用范圍。早期還有通過齒輪和拉動(dòng)桿等做成的機(jī)械式計(jì)算機(jī)，也被廣泛地用于完成加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算，通用性較好，但運(yùn)算效率仍然比較低?，F(xiàn)代的計(jì)算機(jī)，通常指的都是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，與傳統(tǒng)的計(jì)算工具相比，從通用性、計(jì)算速度、計(jì)算精度、數(shù)據(jù)處理的能力、實(shí)現(xiàn)計(jì)算的自動(dòng)化程度等各個(gè)方面來看，都有了本質(zhì)性的變化。計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)人類最重要的發(fā)明之一，它凝聚著人類長(zhǎng)期研究和發(fā)展計(jì)算機(jī)工具與計(jì)算機(jī)技術(shù)的心血。其功能性能提高之快、應(yīng)用領(lǐng)域拓展之寬、對(duì)社會(huì)發(fā)展影響之深是有目共睹的事實(shí)，大大促進(jìn)和提高了人類社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的速度。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》是由機(jī)械工業(yè)出版社出版發(fā)行的。

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