計算機組織與結構

內容概要

本書根據(jù)IEEE／ACM推出的CC2005和我國教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會2006年發(fā)布的《高等學校計算機科學與技術專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》編寫而成，內容涵蓋了知識領域CS—AR計算機體系結構與組織的核心知識單元和知識點。全書共分8章，第1章～第7章全面講述了單處理機系統(tǒng)的硬件組織和結構，包括計算機中的數(shù)據(jù)表示和運算、匯編級機器組織、存儲系統(tǒng)的組織與結構、輸入，輸出系統(tǒng)的組織、CPU的組織與結構及總線和接口等；第8章介紹了當前并行處理機系統(tǒng)的一些主流技術和體系結構，包括流水線技術、多處理機系統(tǒng)和機群系統(tǒng)等。    本書是作者集近20年計算機組成與計算機體系結構課程教學的經驗，并在教學和科研過程中不斷積累和提煉而寫成。本書條理清晰，概念準確，所組織的內容不僅全面，而且整合了大量的新技術、新知識，為讀者展現(xiàn)近些年來計算機技術發(fā)展的新成果。    本書適合作為各類高等院校計算機科學與技術專業(yè)的教材，也可作為相關專業(yè)工程技術人員和計算機愛好者的參考書。

書籍目錄

第1章　計算機系統(tǒng)概述  1.1　計算機的發(fā)展歷程  1.2　計算機的種類  1.3　計算機的基本組成  1.4　計算機語言  1.5　計算機系統(tǒng)的分層組織結構  本章小結  習題一第2章  數(shù)據(jù)的機器級表示及運算  2.1  數(shù)制及轉換    2.1.1　進位計數(shù)制    2.1.2　數(shù)制的轉換  2.2  數(shù)值數(shù)據(jù)的機器表示    2.2.1　數(shù)據(jù)的機器數(shù)表示    2.2.2　定點數(shù)和浮點數(shù)  2.3  非數(shù)值數(shù)據(jù)的機器表示    2.3.1  二進制編碼的十進制數(shù)    2.3.2　字符編碼    2.3.3　漢字的表示方法  2.4　定點數(shù)的運算及實現(xiàn)    2.4.1　定點數(shù)的加減運算    2.4.2　定點數(shù)的乘法運算    2.4.3　定點數(shù)的除法運算  2.5　浮點數(shù)的運算    2.5.1  浮點數(shù)的加減運算    2.5.2　浮點數(shù)的乘除運算  2.6　數(shù)據(jù)校驗碼    2.6.1　奇偶校驗碼    2.6.2　海明校驗碼    2.6.3　循環(huán)冗余校驗碼  本章小結  習題二第3章　匯編級機器組織  3.1  匯編級機器指令系統(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    3.2.2　地址碼    3.2.3  操作碼  3.3　數(shù)據(jù)的存儲與尋址方式    3.3.1  數(shù)據(jù)的存儲方式    3.3.2  尋址方式  3.4  RISC    3.4.1  精簡指令集計算機（RISC）的出現(xiàn)    3.4.2　精簡指令集計算機特點  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  習題三第4章　存儲系統(tǒng)組織與結構  4.1　存儲系統(tǒng)概述    4.1.1　存儲器的組織    4.1.2　存儲器的分類    4.1.3　存儲器的分層結構  4.2  半導體存儲器    4.2.1　半導體存儲器的種類    4.2.2　半導體存儲器的組成與工作原理    4.2.3　主存儲器的設計  4.3　交叉存儲技術  4.4　高速緩沖存儲器    4.4.1　Cache實現(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  虛擬存儲器.    4.5.1  虛擬存儲器實現(xiàn)的基本原理    4.5.2  虛擬存儲器的分頁式管理    4.5.3  虛擬存儲器的分段式管理    4.5.4  虛擬存儲器的段頁式管理    4.5.5  虛擬存儲器的替換策略    4.5.6  虛擬存儲器舉例：Pentium的虛擬存儲器組織  本章小結  習題四第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／輸出設備    5.1.2  輸入／輸出接口    5.1.3  輸入／輸出設備的編址與管理  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　外部存儲器的組織    5.3.1　磁盤存儲器    5.3.2　磁帶存儲器    5.3.3　光盤存儲器  5.4  RAID技術  本章小結  習題五第6章  總線與接口組織  6.1  互連結構  6.2  總線互連    6.2.1  總線的基本概念    6.2.2  總線互連結構    6.2.3  總線的控制方式  6.3　總線標準及舉例    6.3.1  總線標準    6.3.2　ISA總線    6.3.3　PCI總線    6.3.4　現(xiàn)代微機總線配置  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  習題六第7章  CPU組織與結構  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  幾個時間概念    7.2.2  典型指令的指令周期    7.2.3  指令周期的方框圖語言描述  7.3  CPU的時序和控制    7.3.1  CPU的時序系統(tǒng)    7.3.2  CPU的控制方式  7.4  控制部件的硬布線實現(xiàn)    7.4.1  硬布線控制器的基本原理    7.4.2  硬布線控制器設計舉例    7.4.3  硬布線控制器的缺點及其改進  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  微程序設計舉例    7.5.4.微程序控制的特點  7.6　微程序設計技術    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  本章小結  習題七第8章　并行組織  8.1  計算機系統(tǒng)的并行性    8.1.1　計算機體系結構的概念    8.1.2　體系結構中的并行性    8.1.3　提高并行性的技術途徑    8.1.4　并行計算機體系結構的分類  8.2　流水線技術    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　流水線的相關問題    8.2.5　流水線調度    8.2.6　超流水線技術  8.3　多處理機系統(tǒng)    8.3.1  多處理機系統(tǒng)分類    8.3.2　多處理機的Cache一致性    8.3.3　多處理機操作系統(tǒng)    8.3.4　多處理機的并行性實現(xiàn)  8.4  機群系統(tǒng)    8.4.1　機群系統(tǒng)的定義    8.4.2　機群系統(tǒng)的組成    8.4.3　機群系統(tǒng)中的關鍵技術    8.4.4　機群系統(tǒng)舉例  本章小結  習題八參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章　計算機系統(tǒng)概述1.1　計算機的發(fā)展歷程計算機技術的飛速發(fā)展離不開其所依賴的器件技術的發(fā)展。在計算機領域，人們普遍把計算機的發(fā)展劃分為5代，而這一劃分所依據(jù)的正是計算機所使用的基本元器件。可以說，器件技術是計算機發(fā)展的重要物質基礎和技術保障。1．第零代：機械時代隨著科學的發(fā)展，商業(yè)、航海和天文學都提出了許多復雜的計算問題，很多人都關心計算工具的發(fā)展，希望借助計算工具提高計算的效率，于是人們開始研究和設計具有計算能力的“計算機器”（Calculating Machine）。世界上第一臺以齒輪驅動的計算機器應該是由德國人Wilhelm Schickard教授于1623年設計并建造的計算鐘（Calculating Clock），如圖1-1所示。但它并沒有得到人們的關注，因為Wilhelm Schickard在發(fā)明該機器不久就死于疾病。1642年，法國數(shù)學家、物理學家帕斯卡（Blaise Pascal）在年僅19歲時發(fā)明了一臺機械加法器Pasealine（見圖l—2），以幫助其父親收稅時計算使用。由于成本和計算準確度問題，Pascaline僅售出了50臺。Pascaline由一套8個可旋轉的齒輪系統(tǒng)組成，只能進行加法運算，實現(xiàn)自動進位，并配置一個可顯示計算結果的窗口。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相類似的機械工作原理。1670年，德國數(shù)學家、哲學家萊布尼茲改進了Pascaline，發(fā)明了一個被稱為步進式計算器的計算機器，它具有加、減、乘、除4種運算功能。值得一提的是，雖然在Stepped Reckoner上使用的是十進制數(shù)，但萊布尼茲是道先提出使用二進制計算的科學家，這為現(xiàn)代計算機奠定了基礎。但是，所有的這些計算設備或工具都不能進行編程計算，也沒有存儲器，計算過程中的每一步都需要人手工參與才能進行。

編輯推薦

《普通高等學校計算機科學與技術專業(yè)規(guī)劃教材?計算機組織與結構》是由中國鐵道出版社出版的。

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