計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)

內(nèi)容概要

　　“計(jì)算機(jī)組成”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程?！陡叩葘W(xué)校計(jì)算機(jī)類課程應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材：計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》全面、系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)，以及當(dāng)代計(jì)算 機(jī)新技術(shù)。具體內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、運(yùn)算方法和運(yùn)算部件、指令系統(tǒng)、控制器部件、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入/輸出（I/O）設(shè)備、輸入/輸出（I/O）系統(tǒng)、流水線技術(shù)、多核技術(shù)、并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等?！陡叩葘W(xué)校計(jì)算機(jī)類課程應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材：計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》可作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)本科生“計(jì)算機(jī)組成” 或“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程的教科書，也可作為計(jì)算機(jī)學(xué)科及相關(guān)領(lǐng)域工程 技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程 1.2計(jì)算機(jī)的硬件 1.2.1 計(jì)算機(jī)硬件的組成 1.2.2計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程 1.3計(jì)算機(jī)的軟件 1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件 1.3.2計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件 1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1.4.1 從硬件角度劃分計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1.4.2從軟件角度劃分計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1.5計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo) 1.5.1 吞吐量和響應(yīng)時(shí)間 1.5.2 CPU時(shí)鐘周期和主頻 1.5.3每條指令平均時(shí)鐘周期數(shù)CPI和CPU執(zhí)行時(shí)間 1.5.4 MIPS和MFLOPS 1.5.5性能評(píng)測(cè) 本章小結(jié) 習(xí)題 第2章 運(yùn)算方法和運(yùn)算部件 2.1運(yùn)算器部件 2.1.1 加法器 2.1.2 串行加法器與并行加法器 2.1.3 算術(shù)邏輯單元 2.2定點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算 2.2.1 定點(diǎn)數(shù)的表示方法 2.2.2補(bǔ)碼加減法 2.2.3 溢出及判別方法 2.3二進(jìn)制乘法運(yùn)算 2.3.1原碼一位乘法 2.3.2 補(bǔ)碼一位乘法 2.3.3補(bǔ)碼二位乘法 2.4二進(jìn)制除法運(yùn)算 2.4.1 原碼一位除法 2.4.2補(bǔ)碼一位除法 2.5 浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法 2.5.1 浮點(diǎn)數(shù)的表示方法 2.5.2浮點(diǎn)加減法運(yùn)算 2.5.3 浮點(diǎn)乘除法運(yùn)算 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 完善的指令系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的要求 3.2指令格式概述 3.2.1 指令格式 3.2.2指令操作碼的擴(kuò)展技術(shù) 3.2.3 指令長(zhǎng)度與字長(zhǎng)的關(guān)系 3.3數(shù)據(jù)表示 3.4 尋址方式 3.4.1 隱含尋址 3.4.2立即數(shù)尋址方式 3.4.3 直接尋址方式 3.4.4寄存器尋址方式 3.4.5 間接尋址方式 3.4.6 變址尋址方式 3.4.7相對(duì)尋址方式 3.4.8基址尋址 3.5指令的分類 3.5.1 數(shù)據(jù)傳送指令 3.5.2 算術(shù)邏輯運(yùn)算指令 3.5.3 移位指令 3.5.4字符串處理指令 3.5.5轉(zhuǎn)移類指令 3.5.6 堆棧及堆棧操作指令 3.5.7輸入／輸出（I／O）指令 3.5.8浮點(diǎn)運(yùn)算指令 3.5.9 向量與多處理機(jī)指令 3.5.10控制指令 3.6精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 3.6.1 CISC與RISC 3.6.2 RISC的特點(diǎn) 3.7 匯編語(yǔ)言編程基礎(chǔ) 3.7.1 匯編語(yǔ)言語(yǔ)句行的構(gòu)成 3.7.2 匯編語(yǔ)言源程序的結(jié)構(gòu) 3.7.3 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的方法 本章小結(jié) 習(xí)題 第4章 控制器部件 4.1 計(jì)算機(jī)中的控制器 4.1.1 控制器的功能 4.1.2控制器的組成 4.2硬布線控制的計(jì)算機(jī) 4.2.1 組合邏輯控制信號(hào)的產(chǎn)生 4.2.2操作控制信號(hào)產(chǎn)生的一般方法 4.2.3硬布線控制邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程 4.3 微程序控制計(jì)算機(jī) 4.3.1 微程序控制的基本概念 4.3.2 實(shí)現(xiàn)微程序控制的基本原理 4.3.3微程序設(shè)計(jì)技術(shù) 4.3.4硬布線控制與微程序控制的比較 4.4 Pentium微處理器 4.5控制器的控制方式 本章小結(jié) 習(xí)題 第5章 存儲(chǔ)系統(tǒng) 5.1 存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)概述 5.1.1 存儲(chǔ)器分類 5.1.2存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 5.2 主存儲(chǔ)器 5.2.1 主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 5.2.2讀／寫存儲(chǔ)器 5.2.3 非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 5.2.4 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成與控制 5.3并行存儲(chǔ)器 5.3.1 單體多字并行存儲(chǔ)器 5.3.2多體交叉存儲(chǔ)器 5.4高速緩沖存儲(chǔ)器 5.4.1 cache工作原理 5.4.2 cache的一致性問(wèn)題 5.4.3 cache組織 5.5虛擬存儲(chǔ)器 5.5.1虛擬存儲(chǔ)器概述 5.5.2段式虛擬存儲(chǔ)器 5.5.3 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器 5.5.4段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器 5.6存儲(chǔ)保護(hù) 本章小結(jié) 習(xí)題 第6章 輸入，輸出（I／O）設(shè)備 6.1外部設(shè)備概述 6.2常用輸入設(shè)備 6.2.1 鍵盤 6.2.2 圖形板 6.2.3 鼠標(biāo) 6.2.4 觸摸屏 6.2.5 圖像輸入設(shè)備（攝像機(jī)和數(shù)碼照相機(jī)） 6.2.6手寫輸入 6.3顯示器設(shè)備 6.3.1 顯示設(shè)備種類 6.3.2 顯示技術(shù)中的有關(guān)術(shù)語(yǔ) 6.4打印設(shè)備 6.4.1 點(diǎn)陣針式打印機(jī) 6.4.2激光打印機(jī) 6.4.3噴墨打印機(jī) 6.4.4熱轉(zhuǎn)印打字機(jī) 6.4.5打印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 6.5輔助存儲(chǔ)器 6.5.1 磁表面存儲(chǔ)器技術(shù)指標(biāo) 6.5.2 磁記錄原理與記錄方式 6.5.3硬磁盤存儲(chǔ)器 6.5.4光盤存儲(chǔ)器 本章小結(jié) 習(xí)題 第7章 輸入／輸出（I／O）系統(tǒng) 7.1 輸入／輸出（I／O）系統(tǒng)概述 7.1.1 輸入／輸出設(shè)備的編址 7.1.2 I／O接口基本功能 7.2 程序直接控制輸人／輸出方式 7.3 程序中斷輸入／輸出方式 7.3.1 有關(guān)中斷的一些概念 …… 第8章 流水線技術(shù) 第9章 多核技術(shù) 第10章 并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   ①指令系統(tǒng)龐大，如VAX Ⅱ／780有303條指令，這就需要多種尋址方式、指令格式和指令長(zhǎng)度，增加了硬件的復(fù)雜性，且正確性難以得到保證。 ②由于許多指令操作繁雜，因而需增加機(jī)器周期，這就降低了指令的執(zhí)行速度。 ③由于指令系統(tǒng)龐大，使得高級(jí)語(yǔ)言編譯程序選擇目標(biāo)指令的范圍很大，從而難以優(yōu)化編譯生成真正高效的機(jī)器語(yǔ)言程序，也使編譯程序本身太長(zhǎng)，太復(fù)雜。 ④機(jī)器執(zhí)行程序時(shí)，各種指令出現(xiàn)的頻度相差懸殊，在程序中占指令系統(tǒng)20％的簡(jiǎn)單指令的使用頻度卻達(dá)80％，而在微程序控制的計(jì)算機(jī)中，占指令總數(shù)20％的最復(fù)雜的指令卻占用了控制存儲(chǔ)器容量的80％。 為了克服CISC結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，使計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、合理、有效，20世紀(jì)70年代初開(kāi)始了RISe技術(shù)的研究，特別是美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的RISe Ⅰ和RISe Ⅱ機(jī)、斯坦福大學(xué)的MIPS機(jī)的成功研制對(duì)RISC的誕生和發(fā)展起了重大的作用。 3.6.2 RISC的特點(diǎn) 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過(guò)簡(jiǎn)化指令使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，更加合理，更加有效。在指令系統(tǒng)簡(jiǎn)化后，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)自然趨于簡(jiǎn)單。RISC在此基礎(chǔ)上，既繼承了CISC的優(yōu)點(diǎn)，又克服了CISC的缺點(diǎn)，從而使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度更快，其實(shí)現(xiàn)途徑是減小指令的執(zhí)行周期數(shù)。 1.RISC主要特點(diǎn) ①設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)時(shí)，選擇一些使用頻率較高的簡(jiǎn)單指令，并補(bǔ)充一些很有用但不復(fù)雜的指令。 ②指令的長(zhǎng)度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少。 ③只有存數(shù)／取數(shù)指令訪問(wèn)存儲(chǔ)器，其余指令的操作都在寄存器之間進(jìn)行，CPU中配置的寄存器的數(shù)量相當(dāng)多。 ④以硬布線控制為主，不用或少用微程序控制。因?yàn)槲⒊绦螂m然便于增加或修改指令，使機(jī)器有較大的靈活性和適應(yīng)性，但對(duì)微程序的解釋和執(zhí)行很難在一個(gè)機(jī)器周期中完成。 ⑤采用流水線技術(shù)、超級(jí)標(biāo)量及超級(jí)流水線技術(shù)，使得指令的平均執(zhí)行時(shí)間小于等于一個(gè)機(jī)器周期，而在單指令流計(jì)算機(jī)中，要在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成這些操作簡(jiǎn)直是不可能的。 ⑥采用高速緩存結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展存儲(chǔ)器的帶寬，使之能滿足向流水線源源不斷地輸送指令的需要。 ⑦采用優(yōu)化的編譯程序，使之有效地支持高級(jí)語(yǔ)言程序。RISC指令集的簡(jiǎn)化使得CPU執(zhí)行同樣一個(gè)程序所需的指令數(shù)雖比CISC的CPU所需的指令要多，但可通過(guò)優(yōu)化編譯程序和其他方法減少指令數(shù)。

編輯推薦

《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)類課程應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材:計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》可作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)本科生“計(jì)算機(jī)組成”或“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”課程的教科書，也可作為計(jì)算機(jī)學(xué)科及相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)人員的參考書。

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