大學計算機組成原理教程

內容概要

《大學計算機組成原理教程(高等學校規(guī)劃教材)》由李東、柏軍主編，本書是哈爾濱工業(yè)大學國家優(yōu)秀教學團隊教學成果。全書共分9章，內容包括：緒論(含馮·諾依曼計算機模型、計算機的基本結構、計算機系統(tǒng)的分類和性能評價等)，計算機中信息的表示與運算，處理器，總線技術，存儲系統(tǒng)(含Cache和虛擬存儲器)，控制器，8086／8088匯編語言程序設計，計算機外部設備，輸入／輸出接口(含中斷系統(tǒng))。附錄給出了圖靈機模型、數(shù)制及其轉換、相聯(lián)存儲器等內容。本書貫穿“計算思維”的思想，內容深度適宜，與技術發(fā)展保持同步；行文流暢，深入淺出，內容涵蓋了計算機組成與匯編語言程序設計的主要內容。例題覆蓋2009—2012年計算機專業(yè)碩士研究生入學全國統(tǒng)一考試全部試題，并給出了詳盡解答，實用性強。本書為任課教師免費提供教學課件等資源。
《大學計算機組成原理教程(高等學校規(guī)劃教材)》可作為計算機科學與技術、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、信息與計算科學等專業(yè)的“計算機組成原理”、“微機原理”、“計算機組成原理與匯編語言程序設計”等課程教材，也可供參加計算機專業(yè)碩士研究生入學全國統(tǒng)一考試的考生和計算機相關行業(yè)的工程技術人員及其他自學者學習參考。

書籍目錄

第1章 緒論
 1.1 計算機的產生與發(fā)展
 1.2 馮諾依曼計算機模型
 1.3 計算機的組成結構
 1.3.1 計算機的基本組成
 1.3.2 計算機體系結構、組成與實現(xiàn)
 1.3.3 計算機系統(tǒng)的層次結構
 1.4 計算機系統(tǒng)的分類
 1.4.1 綜述
 1.4.2 弗林分類法
 1.5 計算機系統(tǒng)的性能評價
 1.6 微處理器與微型計算機
 1.6.1 微處理器與微型計算機的產生與發(fā)展
 1.6.2 多核微處理器
 1.7 中國計算機事業(yè)的發(fā)展歷程
 1.8 計算機的特點及應用
 1.8.1 計算機的特點
 1.8.2 計算機的應用
 1.9 計算機的發(fā)展
 1.9.1 計算機發(fā)展的動力
 1.9.2 計算機的發(fā)展趨勢
 習題1
第2章 計算機中信息的表示與運算
 2.1 數(shù)據(jù)的表示
 2.1.1 定點數(shù)的表示
 2.1.2 浮點數(shù)的表示
 2.2 定點數(shù)的運算
 2.2.1 邏輯運算
 2.2.2 移位運算
 2.2.3 加法與減法運算
 2.2.4 乘法運算
 2.2.5 除法運算
 2.3 浮點數(shù)的運算
 2.3.1 浮點數(shù)加、減運算
 2.3.2 浮點數(shù)乘、除運算
 2.4 面向錯誤檢測與糾錯的數(shù)據(jù)編碼
 2.5 字符的表示
 2.6 面向存儲與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)編碼
 習題2
第3章 處理器
 3.1 處理器的指令集
 3.1.1 概述
 3.1.2 指令的操作碼與操作數(shù)
 3.1.3 尋址方式
 3.1.4 指令的基本功能
 3.1.5 指令的格式
 3.1.6 面向多媒體數(shù)據(jù)處理的增強指令
 3.2 處理器的組成與工作過程
 3.2.1 處理器的基本功能和基本組成
 3.2.2 計算機的工作過程
 3.2.3 采用流水線技術的處理器
 3.3 從CISC到RISC
 3.3.1 RISC產生的背景
 3.3.2 RISC的定義
 3.3.3 指令級并行ILP技術
 3.4 Intel 80x86系列微處理器
 3.4.1 Intel 8086/8088 微處理器
 3.4.2 Intel 80286，80386和80486微處理器
 3.4.3 Intel Pentium系列微處理器
 3.5 ARM系列微處理器
 3.5.1 概述
 3.5.2 ARM微處理器的模式、工作狀態(tài)和寄存器組織
 3.5.3 ARM微處理器的存儲器組織和尋址方式
 3.5.4 ARM微處理器的指令集
 習題3
第4章 總線技術
 4.1 概述
 4.2 總線的設計與實現(xiàn)
 4.3 總線控制
 4.3.1 總線仲裁
 4.3.2 總線通信控制
 4.4 總線的性能指標
 4.5 總線標準
 4.5.1 微型計算機系統(tǒng)總線標準
 4.5.2 微型計算機局部總線標準
 4.5.3 I/O總線標準舉例
 習題4
第5章 存儲系統(tǒng)
 5.1 存儲器的分類與性能評價
 5.1.1 存儲器的分類
 5.1.2 存儲器的性能評價
 5.2 存儲器訪問的局部性原理與層次結構的存儲系統(tǒng)
 5.2.1 存儲器訪問的局部性原理
 5.2.2 層次結構的存儲系統(tǒng)
 5.3 半導體存儲器
 5.3.1 隨機訪問存儲器RAM
 5.3.2 只讀存儲器ROM
 5.4 主存儲器
 5.4.1 主存儲器組成
 5.4.2 提高主存儲器訪問帶寬的方法
 5.4.3 奔騰微機主存儲器組成
 5.4.4 存儲芯片的發(fā)展
 5.5 高速緩沖存儲器Cache
 5.5.1 Cache的工作原理
 5.5.2 地址映像與變換
 5.5.3 替換算法
 5.5.4 寫入策略
 5.5.5 二級Cache與分裂型Cache
 5.5.6 Cache的性能評價
 5.6 虛擬存儲器
 5.6.1 多道程序下的內存管理
 5.6.2 段式存儲管理
 5.6.3 頁式存儲管理
 5.6.4 頁式虛擬存儲器
 習題5
第6章 控制器
 6.1 控制器概述
 6.2 硬聯(lián)控制方式控制器的工作原理
 6.3 微程序控制方式的控制器工作原理
 習題6
第7章 8086/8088匯編語言程序設計
 7.1 引言
 7.2 順序結構程序設計
 7.3 分支結構程序設計
 7.4 循環(huán)結構程序設計
 7.5 字符串操作程序設計
 7.6 宏、條件匯編與重復匯編
 7.7 子程序設計
 7.8 8086/8088微處理器的其他指令與應用
 習題7
第8章 計算機外部設備
 8.1 輸入設備
 8.1.1 鍵盤
 8.1.2 鼠標
 8.2 輸出設備
 8.2.1 陰極射線管顯示器
 8.2.2 平板顯示器
 8.2.3 打印機
 8.3 輔存設備
 8.3.1 硬盤
 8.3.2 光盤
 習題8
第9章 輸入/輸出（I/O）接口
 9.1 I/O技術的發(fā)展
 9.2 I/O接口的組成與工作原理
 9.3 中斷系統(tǒng)
 9.3.1 中斷的處理過程
 9.3.2 中斷屏蔽
 9.3.3 中斷控制器8259A
 9.3.4 8086/8088微處理器的中斷系統(tǒng)
 9.4 DMA技術
 9.5 通道技術
 習題9
附錄A 圖靈機模型
附錄B 歷年圖靈獎獲得者
附錄C 數(shù)制及其轉換
附錄D EBCDIC碼
附錄E 8086/8088指令格式
附錄F 相聯(lián)存儲器
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   3.4.3 Intel Pentium系列微處理器 1.Pentium（奔騰）和Pentium Pro（高能奔騰）微處理器 80286，80386和80486在市場上取得了巨大的成功，為了延續(xù)“摩爾定律”的神話，Intel公司于1993年推出了它的第五代微處理器——Pentium（奔騰）微處理器。 在組成結構上，Pentium具有如下特點： （1）超標量流水線結構。Pentium設置了兩條獨立的整數(shù)流水線——U流水線和V流水線。它們分別擁有自己的ALU，這樣Pentium就可以同時執(zhí)行兩條互不相關的指令。理想情況下，每條流水線在一個時鐘周期內可以流出一條簡單的整數(shù)指令，整個系統(tǒng)在一個時鐘周期內可以流出兩條簡單的整數(shù)指令。 （2）片內高速緩存Cache。為了滿足兩條整數(shù)流水線對取指令和取操作數(shù)的需求，Pentium設置了基于哈佛結構的片內高速緩存。具體來說，就是在內部設置了8KB的指令Cache和8KB的數(shù)據(jù)Cache。 （3）轉移預測。Pentium內部設有兩個長度皆為32字節(jié)的預取指令隊列，并通過一個轉移目標緩沖存儲器（Branch Target Buffer，BTB）來保存以往的轉移目標地址。在遇到轉移指令時，借助BTB來預測是否發(fā)生轉移以及轉移到哪一個分支，預測的根據(jù)是先前曾使用的分支將會再度使用。如果BTB預測不發(fā)生轉移，則一個指令隊列繼續(xù)進行指令的預取，否則另一個指令隊列根據(jù)預測的分支進行指令的預取。因此，無論轉移是否發(fā)生，所需要的指令都已事先預取到指令隊列中。 如果BTB預測正確，則指令流水線正常執(zhí)行， 否則Pentium在刷新流水線后取來正確的指令執(zhí)行，這一過程可能會產生3個以上時鐘周期的延遲。 與其他轉移預測方案相比，Pentium的BTB對程序員是透明的，即不需要改寫現(xiàn)有程序，程序員在編程時也無須考慮轉移預測。 （4）高性能的浮點處理單元。Intel公司在80486中內置了浮點運算協(xié)處理器，而Pentium又在80486的基礎上更進了一步。Pentium的浮點處理單元擁有自己的浮點寄存器組、浮點加法器和浮點乘／除法器，在一個時鐘周期內就可以向它的8級指令流水線發(fā)出一條浮點指令。 （5）增強的64位數(shù)據(jù)總線。Pentium把數(shù)據(jù)高速緩存與總線部件之間的數(shù)據(jù)總線擴展為64位，并采用總線周期流水線技術來提高總線的帶寬，它可以使兩個總線周期同時進行。Pentium還支持突發(fā)式讀周期和突發(fā)式回寫周期操作。 （6）支持構建對稱多處理器系統(tǒng)。對稱多處理器系統(tǒng)指利用多個相同的微處理器來構建一個高性能的并行計算機。這樣的并行計算機所面臨的一個主要問題是，多個局部Cache與共享主存之間的數(shù)據(jù)一致性。Pentium在設計上考慮了這方面的需求，支持常用的數(shù)據(jù)一致性協(xié)議NIESI。 （7）錯誤檢測和功能冗余校驗。Pentium增加了以往只在大型計算機上使用的錯誤檢測和功能冗余校驗技術，以保證計算機網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)完整性。

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