計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)

內(nèi)容概要

本書根據(jù)IEEE／ACM推出的CC2005和我國(guó)教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)2006年發(fā)布的《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》編寫而成，內(nèi)容涵蓋了知識(shí)領(lǐng)域CS—AR計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與組織的核心知識(shí)單元和知識(shí)點(diǎn)。全書共分8章，第1章～第7章全面講述了單處理機(jī)系統(tǒng)的硬件組織和結(jié)構(gòu)，包括計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示和運(yùn)算、匯編級(jí)機(jī)器組織、存儲(chǔ)系統(tǒng)的組織與結(jié)構(gòu)、輸入，輸出系統(tǒng)的組織、CPU的組織與結(jié)構(gòu)及總線和接口等；第8章介紹了當(dāng)前并行處理機(jī)系統(tǒng)的一些主流技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)，包括流水線技術(shù)、多處理機(jī)系統(tǒng)和機(jī)群系統(tǒng)等。    本書是作者集近20年計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，并在教學(xué)和科研過(guò)程中不斷積累和提煉而寫成。本書條理清晰，概念準(zhǔn)確，所組織的內(nèi)容不僅全面，而且整合了大量的新技術(shù)、新知識(shí)，為讀者展現(xiàn)近些年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的新成果。    本書適合作為各類高等院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教材，也可作為相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員和計(jì)算機(jī)愛好者的參考書。

書籍目錄

第1章　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述  1.1　計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程  1.2　計(jì)算機(jī)的種類  1.3　計(jì)算機(jī)的基本組成  1.4　計(jì)算機(jī)語(yǔ)言  1.5　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分層組織結(jié)構(gòu)  本章小結(jié)  習(xí)題一第2章  數(shù)據(jù)的機(jī)器級(jí)表示及運(yùn)算  2.1  數(shù)制及轉(zhuǎn)換    2.1.1　進(jìn)位計(jì)數(shù)制    2.1.2　數(shù)制的轉(zhuǎn)換  2.2  數(shù)值數(shù)據(jù)的機(jī)器表示    2.2.1　數(shù)據(jù)的機(jī)器數(shù)表示    2.2.2　定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)  2.3  非數(shù)值數(shù)據(jù)的機(jī)器表示    2.3.1  二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)    2.3.2　字符編碼    2.3.3　漢字的表示方法  2.4　定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)    2.4.1　定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算    2.4.2　定點(diǎn)數(shù)的乘法運(yùn)算    2.4.3　定點(diǎn)數(shù)的除法運(yùn)算  2.5　浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算    2.5.1  浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算    2.5.2　浮點(diǎn)數(shù)的乘除運(yùn)算  2.6　數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼    2.6.1　奇偶校驗(yàn)碼    2.6.2　海明校驗(yàn)碼    2.6.3　循環(huán)冗余校驗(yàn)碼  本章小結(jié)  習(xí)題二第3章　匯編級(jí)機(jī)器組織  3.1  匯編級(jí)機(jī)器指令系統(tǒng)    3.1.1　指令系統(tǒng)的發(fā)展    3.1.2　指令系統(tǒng)性能的要求    3.1.3　指令操作的種類  3.2　指令格式    3.2.1　指令字長(zhǎng)    3.2.2　地址碼    3.2.3  操作碼  3.3　數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與尋址方式    3.3.1  數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式    3.3.2  尋址方式  3.4  RISC    3.4.1  精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC）的出現(xiàn)    3.4.2　精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)特點(diǎn)  3.5　指令系統(tǒng)舉例    3.5.1　Pentium微處理器指令系統(tǒng)    3.5.2　SPARC指令系統(tǒng)  本章小結(jié)  習(xí)題三第4章　存儲(chǔ)系統(tǒng)組織與結(jié)構(gòu)  4.1　存儲(chǔ)系統(tǒng)概述    4.1.1　存儲(chǔ)器的組織    4.1.2　存儲(chǔ)器的分類    4.1.3　存儲(chǔ)器的分層結(jié)構(gòu)  4.2  半導(dǎo)體存儲(chǔ)器    4.2.1　半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的種類    4.2.2　半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成與工作原理    4.2.3　主存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)  4.3　交叉存儲(chǔ)技術(shù)  4.4　高速緩沖存儲(chǔ)器    4.4.1　Cache實(shí)現(xiàn)的基本原理    4.4.2　主存與Cache的地址映射    4.4.3  替換算法    4.4.4   Cache的寫策略    4.4.5  Cache性能分析    4.4.6  Cache舉例：Pentium 4的Cache組織  4.5  虛擬存儲(chǔ)器.    4.5.1  虛擬存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)的基本原理    4.5.2  虛擬存儲(chǔ)器的分頁(yè)式管理    4.5.3  虛擬存儲(chǔ)器的分段式管理    4.5.4  虛擬存儲(chǔ)器的段頁(yè)式管理    4.5.5  虛擬存儲(chǔ)器的替換策略    4.5.6  虛擬存儲(chǔ)器舉例：Pentium的虛擬存儲(chǔ)器組織  本章小結(jié)  習(xí)題四第5章　輸入／輸出系統(tǒng)組織  5.1  輸入／輸出系統(tǒng)概述    5.1.1  輸入／輸出設(shè)備    5.1.2  輸入／輸出接口    5.1.3  輸入／輸出設(shè)備的編址與管理  5.2  輸入／輸出控制方式    5.2.1  程序控制方式    5.2.2  中斷控制方式    5.2.3  DMA控制方式    5.2.4  通道控制方式  5.3　外部存儲(chǔ)器的組織    5.3.1　磁盤存儲(chǔ)器    5.3.2　磁帶存儲(chǔ)器    5.3.3　光盤存儲(chǔ)器  5.4  RAID技術(shù)  本章小結(jié)  習(xí)題五第6章  總線與接口組織  6.1  互連結(jié)構(gòu)  6.2  總線互連    6.2.1  總線的基本概念    6.2.2  總線互連結(jié)構(gòu)    6.2.3  總線的控制方式  6.3　總線標(biāo)準(zhǔn)及舉例    6.3.1  總線標(biāo)準(zhǔn)    6.3.2　ISA總線    6.3.3　PCI總線    6.3.4　現(xiàn)代微機(jī)總線配置  6.4  部總線接口    6.4.1  SCSI接口    6.4.2  IEEE 1394接口    6.4.3  USB接口  本章小結(jié)  習(xí)題六第7章  CPU組織與結(jié)構(gòu)  7.1　CPU的功能和組成    7.1.1　CPU的功能    7.1.2　CPU的基本組成    7.1.3　CPU的寄存器組織  7.2  指令周期    7.2.1  幾個(gè)時(shí)間概念    7.2.2  典型指令的指令周期    7.2.3  指令周期的方框圖語(yǔ)言描述  7.3  CPU的時(shí)序和控制    7.3.1  CPU的時(shí)序系統(tǒng)    7.3.2  CPU的控制方式  7.4  控制部件的硬布線實(shí)現(xiàn)    7.4.1  硬布線控制器的基本原理    7.4.2  硬布線控制器設(shè)計(jì)舉例    7.4.3  硬布線控制器的缺點(diǎn)及其改進(jìn)  7.5  微程序控制器    7.5.1  微程序控制的基本概念    7.5.2  微程序控制器的組成    7.5.3  微程序設(shè)計(jì)舉例    7.5.4.微程序控制的特點(diǎn)  7.6　微程序設(shè)計(jì)技術(shù)    7.6.1　微命令編碼    7.6.2　微地址的形成方法    7.6.3　微指令的格式及執(zhí)行方式  7.7　典型CPU及主要技術(shù)  本章小結(jié)  習(xí)題七第8章　并行組織  8.1  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的并行性    8.1.1　計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念    8.1.2　體系結(jié)構(gòu)中的并行性    8.1.3　提高并行性的技術(shù)途徑    8.1.4　并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分類  8.2　流水線技術(shù)    8.2.1  流水線的基本概念    8.2.2　流水線的分類    8.2.3  流水線的主要性能參數(shù)    8.2.4　流水線的相關(guān)問(wèn)題    8.2.5　流水線調(diào)度    8.2.6　超流水線技術(shù)  8.3　多處理機(jī)系統(tǒng)    8.3.1  多處理機(jī)系統(tǒng)分類    8.3.2　多處理機(jī)的Cache一致性    8.3.3　多處理機(jī)操作系統(tǒng)    8.3.4　多處理機(jī)的并行性實(shí)現(xiàn)  8.4  機(jī)群系統(tǒng)    8.4.1　機(jī)群系統(tǒng)的定義    8.4.2　機(jī)群系統(tǒng)的組成    8.4.3　機(jī)群系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)    8.4.4　機(jī)群系統(tǒng)舉例  本章小結(jié)  習(xí)題八參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述1.1　計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展離不開其所依賴的器件技術(shù)的發(fā)展。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，人們普遍把計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分為5代，而這一劃分所依據(jù)的正是計(jì)算機(jī)所使用的基本元器件?？梢哉f(shuō)，器件技術(shù)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)保障。1．第零代：機(jī)械時(shí)代隨著科學(xué)的發(fā)展，商業(yè)、航海和天文學(xué)都提出了許多復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題，很多人都關(guān)心計(jì)算工具的發(fā)展，希望借助計(jì)算工具提高計(jì)算的效率，于是人們開始研究和設(shè)計(jì)具有計(jì)算能力的“計(jì)算機(jī)器”（Calculating Machine）。世界上第一臺(tái)以齒輪驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)器應(yīng)該是由德國(guó)人Wilhelm Schickard教授于1623年設(shè)計(jì)并建造的計(jì)算鐘（Calculating Clock），如圖1-1所示。但它并沒有得到人們的關(guān)注，因?yàn)閃ilhelm Schickard在發(fā)明該機(jī)器不久就死于疾病。1642年，法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家帕斯卡（Blaise Pascal）在年僅19歲時(shí)發(fā)明了一臺(tái)機(jī)械加法器Pasealine（見圖l—2），以幫助其父親收稅時(shí)計(jì)算使用。由于成本和計(jì)算準(zhǔn)確度問(wèn)題，Pascaline僅售出了50臺(tái)。Pascaline由一套8個(gè)可旋轉(zhuǎn)的齒輪系統(tǒng)組成，只能進(jìn)行加法運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)位，并配置一個(gè)可顯示計(jì)算結(jié)果的窗口。雖然現(xiàn)在汽車的儀表盤的顯示已數(shù)字化，但其中里程表中仍然采用了與Pascaline相類似的機(jī)械工作原理。1670年，德國(guó)數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家萊布尼茲改進(jìn)了Pascaline，發(fā)明了一個(gè)被稱為步進(jìn)式計(jì)算器的計(jì)算機(jī)器，它具有加、減、乘、除4種運(yùn)算功能。值得一提的是，雖然在Stepped Reckoner上使用的是十進(jìn)制數(shù)，但萊布尼茲是道先提出使用二進(jìn)制計(jì)算的科學(xué)家，這為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)。但是，所有的這些計(jì)算設(shè)備或工具都不能進(jìn)行編程計(jì)算，也沒有存儲(chǔ)器，計(jì)算過(guò)程中的每一步都需要人手工參與才能進(jìn)行。

編輯推薦

《普通高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)規(guī)劃教材?計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)》是由中國(guó)鐵道出版社出版的。

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