計算機系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)

前言

由John D．Carpinelli編著的《Computer Systems Organization＆Architecture》一書由Addison Wesley出版社出版。本書的定位是要為計算機工程、計算機科學、電子工程、信息系統(tǒng)等專業(yè)的本科生提供一本內(nèi)容適度、可讀性好和實用性強的“計算機系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)”教材。全書由三大部分組成。第一部分是數(shù)字邏輯和有限狀態(tài)機，介紹了布爾代數(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字部件、組合邏輯和順序邏輯、可編程邏輯器件。有限狀態(tài)機是全書的基礎(chǔ)。第二部分是計算機組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)容包括指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成、寄存器傳輸語言、CPt，設(shè)計控制部件設(shè)計、算術(shù)運算、存儲器結(jié)構(gòu)、I／O結(jié)構(gòu)。第三部分是高級專題，內(nèi)容包括RISC計算機和并行處理。  本書的主要特點如下： 1．突出介紹設(shè)計方法。本書系統(tǒng)全面地介紹了計算機的設(shè)計方法，包括寄存器級設(shè)計，簡單CPU設(shè)計、控制器設(shè)計、存儲器設(shè)計和輸入輸出設(shè)計等。通過學習，讀者能夠掌握計算機的設(shè)計方法。2．實踐性強。全書每章都有實踐性很強的內(nèi)容，例如：L,ED設(shè)計、Java Applet，硬件描述語言、當今CPU中的映射策略，Itanium處理器的Cache層次結(jié)構(gòu)，i960的I／O處理器，RS一422串行標準，PowerPC750 RISC CPLI的尋址方式、RISC CPtJ的寄存器窗口和寄存器命名。3．從歷史觀點介紹設(shè)計方法。全書每章都有歷史回顧，便于讀者了解設(shè)計方法，例如，數(shù)字電路實現(xiàn)和有限狀態(tài)機、Intel早期的微處理器、馮?諾依曼和哈佛結(jié)構(gòu)、Intel微處理器的存儲器、協(xié)處理器。4．介紹了計算機實例和標準。例如，可編程邏輯器件、8085微處理器指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基于8085的計算機、VHD-VHSIC硬件描述語言、8085微處理器的內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、Penfium處理器、IEEE 754．浮點數(shù)標準、Pentium／Windows個人計算中的存儲器管理、串行通信標準、Itanium微處理器等。另外，Addison Wesley公司網(wǎng)站上還提供了CPI．J模擬器軟件和其他一些相關(guān)資源。

內(nèi)容概要

　　《計算機系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)》詳述了有關(guān)計算機及其子系統(tǒng)設(shè)計的基本概念及相關(guān)知識。全書由三大部分組成：第一部分是數(shù)字邏輯和有限狀態(tài)機，介紹了布爾代數(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字部件、組合邏輯和順序邏輯、可編程邏輯器件。有限狀態(tài)機是全書的基礎(chǔ)。第二部分是計算機組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)容包括指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成、寄存器傳輸語言、CPU設(shè)計、控制部件設(shè)計、算術(shù)運算、存儲器結(jié)構(gòu)、I/O結(jié)構(gòu)。第三部分是高級專題，內(nèi)容包括RISC計算機和并行處理?！　　队嬎銠C系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)》內(nèi)容適度、可讀性好、實用性強，適合作為計算機工程、計算機科學、電子工程、信息系統(tǒng)等專業(yè)的計算機體系結(jié)構(gòu)課程的教材。

書籍目錄

第一部分  數(shù)字邏輯與有限狀態(tài)機第1章  數(shù)字邏輯基礎(chǔ)　1.1  布爾代數(shù)　1.1.1  基本函數(shù)　1.1.2  布爾函數(shù)的使用　1.2  基本的組合邏輯　1.3  更復(fù)雜的組合元件　1.3.1  多路選擇器　1.3.2  譯碼器　1.3.3  編碼器　1.3.4  比較器　1.3.5  加法器和減法器　1.3.6  存儲器　1.4  組合電路設(shè)計　1.4.1  BCD碼的7段譯碼器　1.4.2  數(shù)據(jù)排序器　1.5  基本時序元件　1.6  更復(fù)雜的時序元件　1.6.1  計數(shù)器　1.6.2  移位寄存器　1.7  實例：可編程邏輯設(shè)備　1.8  總結(jié)　1.9  習題　第2章  介紹有限狀態(tài)機　2.1  狀態(tài)圖和狀態(tài)表　2.2  Mealy機和Moore機　2.3  設(shè)計狀態(tài)圖　2.3.1  模6計數(shù)器　2.3.2  串檢查器　2.3.3  收費站控制器　2.4  從狀態(tài)圖到實現(xiàn)　2.4.1  狀態(tài)賦值　2.4.2  Mealy機和Moore機的實現(xiàn)　2.4.3  產(chǎn)生次態(tài)　2.4.4  產(chǎn)生系統(tǒng)輸出　2.4.5  一種可替代的設(shè)計　2.4.6  八狀態(tài)串檢查器　2.5  實例：實際考慮　2.5.1  未使用狀態(tài)　2.5.2  異步設(shè)計　2.5.3  狀態(tài)機轉(zhuǎn)換　2.6  總結(jié)　2.7  習題　第二部分  計算機組成與體系結(jié)構(gòu)第3章  指令集結(jié)構(gòu)　3.1  程序設(shè)計語言的級別　3.1.1  語言種類　3.1.2  編譯和匯編程序　3.2  匯編語言指令　3.2.1  指令類型　3.2.2  數(shù)據(jù)類型　3.2.3  尋址方式　3.2.4  指令格式　3.3  指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計　3.4  相對簡單的指令集結(jié)構(gòu)　3.5  實例：8085微處理器指令集結(jié)構(gòu)　3.5.1  8085微處理器的寄存器組　3.5.2  8085微處理器指令集　3.5.3  一個簡單的8085程序　3.5.4  分析8085指令集結(jié)構(gòu)　3.6  總結(jié)　3.7  習題　第4章  介紹計算機組成　4.1  基本的計算機組成　4.1.1  系統(tǒng)總線　4.1.2  指令周期　4.2  CPU組成　4.3  存儲器子系統(tǒng)組成和接口　4.3.1  存儲器的種類　4.3.2  芯片內(nèi)部組成　4.3.3  存儲器子系統(tǒng)配置　4.3.4  多字節(jié)數(shù)據(jù)組成　4.3.5  基本功能的拓展　4.4  I/O子系統(tǒng)組成和接口　4.5  相對簡單計算機　4.6  實例：一臺基于8085的計算機　4.7  總結(jié)　4.8  習題　第5章  寄存器傳送語言　5.1  微操作和寄存器傳送語言　5.2  用RTL描述數(shù)字系統(tǒng)　5.2.1  數(shù)字元件　5.2.2  簡單系統(tǒng)的描述與實現(xiàn)　5.3  更復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)和RTL　5.3.1  模6計數(shù)器　5.3.2  收費站控制器　5.4  實例：VHDL－VHSIC硬件描述語言　5.4.1  VHDL語法　5.4.2  高層抽象的VHDL設(shè)計　5.4.3  低層抽象的VHDL設(shè)計　5.5  總結(jié)　5.6  習題　第6章  CPU設(shè)計　6.1  CPU的設(shè)計規(guī)范　6.2  非常簡單CPU的設(shè)計與實現(xiàn)　6.2.1  非常簡單CPU的設(shè)計規(guī)范　6.2.2  從存儲器中取指令　6.2.3  指令譯碼　6.2.4  指令執(zhí)行　6.2.5  建立所需的數(shù)據(jù)通路　6.2.6  非常簡單ALU的設(shè)計　6.2.7  用硬連線控制設(shè)計控制單元　6.2.8  設(shè)計驗證　6.3  相對簡單CPU的設(shè)計和實現(xiàn)　6.3.1  相對簡單CPU的規(guī)范　6.3.2  取指令和指令譯碼　6.3.3  執(zhí)行指令　6.3.4  創(chuàng)建數(shù)據(jù)通路　6.3.5  相對簡單ALU的設(shè)計　6.3.6  用硬連線控制設(shè)計控制單元　6.3.7  設(shè)計驗證　6.4  簡單CPU的缺點　6.4.1  更多的內(nèi)部寄存器和高速緩存　6.4.2  CPU內(nèi)部的多總線　6.4.3  指令流水線式處理　6.4.4  更大的指令集　6.4.5  子程序和中斷　6.5  實例：8085微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)　6.6  總結(jié)　6.7  習題　第7章  微序列控制單元設(shè)計　7.1  微序列控制器設(shè)計基礎(chǔ)　7.1.1  微序列控制器的操作　7.1.2  微指令格式　7.2  非常簡單微序列控制器的設(shè)計和實現(xiàn)　7.2.1  基本布局　7.2.2  生成正確序列并設(shè)計映象邏輯　7.2.3  用水平微代碼生成微操作　7.2.4  用垂直微代碼生成微操作　7.2.5  從微代碼直接產(chǎn)生控制信號　7.3  相對簡單微序列控制器的設(shè)計和實現(xiàn)　7.3.1  修改狀態(tài)圖　7.3.2  設(shè)計順序硬件和微代碼　7.3.3  用水平微代碼完成設(shè)計　7.4  減少微指令數(shù)　7.4.1  微子程序　7.4.2  微代碼跳轉(zhuǎn)　7.5  微程序控制和硬連線控制的比較　7.5.1  指令集的復(fù)雜度　7.5.2  修改的容易度　7.5.3  時鐘速度　7.6  實例：一個（大部分是）微代碼的CPU：奔騰微處理器　7.7  總結(jié)　7.8  習題　第8章  運算方法　8.1  無符號表示法　8.1.1  加法和減法　8.1.2  乘法　8.1.3  除法　8.2  帶符號表示法　8.2.1  符號幅值表示法　8.2.2  符號補碼表示法　8.3  BCD碼(binary coded decimal)　8.3.1  BCD碼的格式　8.3.2  加法和減法　8.3.3  乘法和除法　8.4  專用運算部件　8.4.1  流水線　8.4.2  查找表　8.4.3  華萊士樹　8.5  浮點數(shù)　8.5.1  數(shù)據(jù)格式　8.5.2  數(shù)據(jù)性質(zhì)　8.5.3  加法和減法　8.5.4  乘法和除法　8.6  實例：IEEE 754 浮點標準　8.6.1  格式　8.6.2  非規(guī)范數(shù)　8.7  總結(jié)　8.8  習題　第9章  存儲器結(jié)構(gòu)　9.1  存儲器的層次結(jié)構(gòu)　9.2  cache存儲器　9.2.1  相聯(lián)存儲器　9.2.2  相聯(lián)映象的cache存儲器　9.2.3  直接映象的cache存儲器　9.2.4  組相聯(lián)映象的cache存儲器　9.2.5  在cache中替換數(shù)據(jù)　9.2.6  寫數(shù)據(jù)到cache　9.2.7  cache的性能　9.3  虛擬存儲器　9.3.1  分頁　9.3.2  分段　9.3.3  存儲保護　9.4  基本cache和虛擬存儲器的擴展　9.4.1  基本cache的擴展　9.4.2  基本虛擬存儲器的擴展　9.5  實例：Pentium/Windows個人計算機上的內(nèi)存管理　9.6  總結(jié)　9.7  習題　第10章  輸入輸出結(jié)構(gòu)　10.1  異步數(shù)據(jù)傳輸　10.1.1  源啟動的數(shù)據(jù)傳送　10.1.2  目的啟動的數(shù)據(jù)傳送　10.1.3  握手　10.2  可編程I/O　10.2.1  新指令　10.2.2  新控制信號　10.2.3  新狀態(tài)和RTL代碼　10.2.4  修改CPU硬件以支持新指令　10.2.5  確保其他指令正常工作　10.3  中斷　10.3.1  CPU和I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送　10.3.2  中斷類型　10.3.3  中斷處理　10.3.4  中斷硬件和優(yōu)先級　10.3.5  CPU內(nèi)部中斷實現(xiàn)　10.4  直接存儲器訪問　10.4.1  將直接存儲器訪問（DMA）納入計算機系統(tǒng)　10.4.2  DMA傳輸方式　10.4.3  修改CPU使其與DMA共處　10.5  I/O處理器　10.6  串行通信　10.6.1  串行通信原理　10.6.2  通用異步收發(fā)器（UART）　10.7  實例：串行通信標準　10.7.1  RS-232-C標準　10.7.2  通用串行總線標準　10.8  總結(jié)　10.9  習題　第三部分  高級專題第11章  精簡指令集計算　11.1  RISC基本原理　11.1.1  定長指令　11.1.2  只有LOAD和STORE的指令訪問存儲器　11.1.3  較少的尋址方式　11.1.4  指令流水線　11.1.5  大量的寄存器　11.1.6  硬連線控制單元　11.1.7  延時載入和分支　11.1.8  指令的預(yù)測執(zhí)行　11.1.9  優(yōu)化編譯器　11.1.10  分離指令和數(shù)據(jù)流　11.2  RISC指令集　11.3  指令流水線和寄存器窗口　11.3.1  指令流水線　11.3.2  寄存器窗口和重命名　11.4  指令流水線沖突　11.4.1  數(shù)據(jù)沖突　11.4.2  分支沖突　11.5  RISC與CISC的比較　11.6  實例：Itanium微處理器　11.7  小結(jié)　11.8  習題　第12章  介紹并行處理　12.1  單處理機系統(tǒng)中的并行機制　12.2  多處理機系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)　12.2.1  弗林分類法　12.2.2  系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)　12.2.3  MIMD系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)　12.3  多處理機系統(tǒng)中的通信　12.3.1  固定連接　12.3.2  可重構(gòu)連接　12.3.3  多級互連網(wǎng)絡(luò)（MIN）的路由　12.4  多處理機系統(tǒng)中的存儲器管理　12.4.1  共享存儲器　12.4.2  Cache一致性　12.5  多處理機操作系統(tǒng)和軟件　12.6  并行算法　12.6.1  并行冒泡排序　12.6.2  并行矩陣乘法　12.7  其他的并行體系結(jié)構(gòu)　12.7.1  數(shù)據(jù)流計算　12.7.2  脈動陣列　12.7.3  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　12.8  小結(jié)　12.9  習題

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《國外著名高等院校信息科學與技術(shù)優(yōu)秀教材?計算機系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)》由人民郵電出版社出版。

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