大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理教程

內(nèi)容概要

《大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理教程(高等學(xué)校規(guī)劃教材)》由李東、柏軍主編，本書是哈爾濱工業(yè)大學(xué)國家優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)教學(xué)成果。全書共分9章，內(nèi)容包括：緒論(含馮·諾依曼計(jì)算機(jī)模型、計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類和性能評價(jià)等)，計(jì)算機(jī)中信息的表示與運(yùn)算，處理器，總線技術(shù)，存儲(chǔ)系統(tǒng)(含Cache和虛擬存儲(chǔ)器)，控制器，8086／8088匯編語言程序設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，輸入／輸出接口(含中斷系統(tǒng))。附錄給出了圖靈機(jī)模型、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、相聯(lián)存儲(chǔ)器等內(nèi)容。本書貫穿“計(jì)算思維”的思想，內(nèi)容深度適宜，與技術(shù)發(fā)展保持同步；行文流暢，深入淺出，內(nèi)容涵蓋了計(jì)算機(jī)組成與匯編語言程序設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。例題覆蓋2009—2012年計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士研究生入學(xué)全國統(tǒng)一考試全部試題，并給出了詳盡解答，實(shí)用性強(qiáng)。本書為任課教師免費(fèi)提供教學(xué)課件等資源。
《大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理教程(高等學(xué)校規(guī)劃教材)》可作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、信息與計(jì)算科學(xué)等專業(yè)的“計(jì)算機(jī)組成原理”、“微機(jī)原理”、“計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語言程序設(shè)計(jì)”等課程教材，也可供參加計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士研究生入學(xué)全國統(tǒng)一考試的考生和計(jì)算機(jī)相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)人員及其他自學(xué)者學(xué)習(xí)參考。

書籍目錄

第1章 緒論
 1.1 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展
 1.2 馮諾依曼計(jì)算機(jī)模型
 1.3 計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)
 1.3.1 計(jì)算機(jī)的基本組成
 1.3.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)
 1.3.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
 1.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類
 1.4.1 綜述
 1.4.2 弗林分類法
 1.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評價(jià)
 1.6 微處理器與微型計(jì)算機(jī)
 1.6.1 微處理器與微型計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展
 1.6.2 多核微處理器
 1.7 中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展歷程
 1.8 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用
 1.8.1 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)
 1.8.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用
 1.9 計(jì)算機(jī)的發(fā)展
 1.9.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展的動(dòng)力
 1.9.2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢
 習(xí)題1
第2章 計(jì)算機(jī)中信息的表示與運(yùn)算
 2.1 數(shù)據(jù)的表示
 2.1.1 定點(diǎn)數(shù)的表示
 2.1.2 浮點(diǎn)數(shù)的表示
 2.2 定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算
 2.2.1 邏輯運(yùn)算
 2.2.2 移位運(yùn)算
 2.2.3 加法與減法運(yùn)算
 2.2.4 乘法運(yùn)算
 2.2.5 除法運(yùn)算
 2.3 浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算
 2.3.1 浮點(diǎn)數(shù)加、減運(yùn)算
 2.3.2 浮點(diǎn)數(shù)乘、除運(yùn)算
 2.4 面向錯(cuò)誤檢測與糾錯(cuò)的數(shù)據(jù)編碼
 2.5 字符的表示
 2.6 面向存儲(chǔ)與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)編碼
 習(xí)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(qiáng)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(jì)算機(jī)的工作過程
 3.2.3 采用流水線技術(shù)的處理器
 3.3 從CISC到RISC
 3.3.1 RISC產(chǎn)生的背景
 3.3.2 RISC的定義
 3.3.3 指令級(jí)并行ILP技術(shù)
 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(chǔ)器組織和尋址方式
 3.5.4 ARM微處理器的指令集
 習(xí)題3
第4章 總線技術(shù)
 4.1 概述
 4.2 總線的設(shè)計(jì)與實(shí)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(biāo)
 4.5 總線標(biāo)準(zhǔn)
 4.5.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)
 4.5.2 微型計(jì)算機(jī)局部總線標(biāo)準(zhǔn)
 4.5.3 I/O總線標(biāo)準(zhǔn)舉例
 習(xí)題4
第5章 存儲(chǔ)系統(tǒng)
 5.1 存儲(chǔ)器的分類與性能評價(jià)
 5.1.1 存儲(chǔ)器的分類
 5.1.2 存儲(chǔ)器的性能評價(jià)
 5.2 存儲(chǔ)器訪問的局部性原理與層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)
 5.2.1 存儲(chǔ)器訪問的局部性原理
 5.2.2 層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)
 5.3 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
 5.3.1 隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器RAM
 5.3.2 只讀存儲(chǔ)器ROM
 5.4 主存儲(chǔ)器
 5.4.1 主存儲(chǔ)器組成
 5.4.2 提高主存儲(chǔ)器訪問帶寬的方法
 5.4.3 奔騰微機(jī)主存儲(chǔ)器組成
 5.4.4 存儲(chǔ)芯片的發(fā)展
 5.5 高速緩沖存儲(chǔ)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(jí)Cache與分裂型Cache
 5.5.6 Cache的性能評價(jià)
 5.6 虛擬存儲(chǔ)器
 5.6.1 多道程序下的內(nèi)存管理
 5.6.2 段式存儲(chǔ)管理
 5.6.3 頁式存儲(chǔ)管理
 5.6.4 頁式虛擬存儲(chǔ)器
 習(xí)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(xí)題6
第7章 8086/8088匯編語言程序設(shè)計(jì)
 7.1 引言
 7.2 順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)
 7.3 分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)
 7.4 循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)
 7.5 字符串操作程序設(shè)計(jì)
 7.6 宏、條件匯編與重復(fù)匯編
 7.7 子程序設(shè)計(jì)
 7.8 8086/8088微處理器的其他指令與應(yīng)用
 習(xí)題7
第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備
 8.1 輸入設(shè)備
 8.1.1 鍵盤
 8.1.2 鼠標(biāo)
 8.2 輸出設(shè)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(jī)
 8.3 輔存設(shè)備
 8.3.1 硬盤
 8.3.2 光盤
 習(xí)題8
第9章 輸入/輸出（I/O）接口
 9.1 I/O技術(shù)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(shù)
 9.5 通道技術(shù)
 習(xí)題9
附錄A 圖靈機(jī)模型
附錄B 歷年圖靈獎(jiǎng)獲得者
附錄C 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換
附錄D EBCDIC碼
附錄E 8086/8088指令格式
附錄F 相聯(lián)存儲(chǔ)器
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)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(jié)構(gòu)上，Pentium具有如下特點(diǎn)： （1）超標(biāo)量流水線結(jié)構(gòu)。Pentium設(shè)置了兩條獨(dú)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(shí)執(zhí)行兩條互不相關(guān)的指令。理想情況下，每條流水線在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以流出一條簡單的整數(shù)指令，整個(gè)系統(tǒng)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以流出兩條簡單的整數(shù)指令。 （2）片內(nèi)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(shè)置了基于哈佛結(jié)構(gòu)的片內(nèi)高速緩存。具體來說，就是在內(nèi)部設(shè)置了8KB的指令Cache和8KB的數(shù)據(jù)Cache。 （3）轉(zhuǎn)移預(yù)測。Pentium內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)長度皆為32字節(jié)的預(yù)取指令隊(duì)列，并通過一個(gè)轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖存儲(chǔ)器（Branch Target Buffer，BTB）來保存以往的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址。在遇到轉(zhuǎn)移指令時(shí)，借助BTB來預(yù)測是否發(fā)生轉(zhuǎn)移以及轉(zhuǎn)移到哪一個(gè)分支，預(yù)測的根據(jù)是先前曾使用的分支將會(huì)再度使用。如果BTB預(yù)測不發(fā)生轉(zhuǎn)移，則一個(gè)指令隊(duì)列繼續(xù)進(jìn)行指令的預(yù)取，否則另一個(gè)指令隊(duì)列根據(jù)預(yù)測的分支進(jìn)行指令的預(yù)取。因此，無論轉(zhuǎn)移是否發(fā)生，所需要的指令都已事先預(yù)取到指令隊(duì)列中。 如果BTB預(yù)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(huì)產(chǎn)生3個(gè)以上時(shí)鐘周期的延遲。 與其他轉(zhuǎn)移預(yù)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(shí)也無須考慮轉(zhuǎn)移預(yù)測。 （4）高性能的浮點(diǎn)處理單元。Intel公司在80486中內(nèi)置了浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器，而Pentium又在80486的基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步。Pentium的浮點(diǎn)處理單元擁有自己的浮點(diǎn)寄存器組、浮點(diǎn)加法器和浮點(diǎn)乘／除法器，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)就可以向它的8級(jí)指令流水線發(fā)出一條浮點(diǎn)指令。 （5）增強(qiáng)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(kuò)展為64位，并采用總線周期流水線技術(shù)來提高總線的帶寬，它可以使兩個(gè)總線周期同時(shí)進(jìn)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(gòu)建對稱多處理器系統(tǒng)。對稱多處理器系統(tǒng)指利用多個(gè)相同的微處理器來構(gòu)建一個(gè)高性能的并行計(jì)算機(jī)。這樣的并行計(jì)算機(jī)所面臨的一個(gè)主要問題是，多個(gè)局部Cache與共享主存之間的數(shù)據(jù)一致性。Pentium在設(shè)計(jì)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(cuò)誤檢測和功能冗余校驗(yàn)。Pentium增加了以往只在大型計(jì)算機(jī)上使用的錯(cuò)誤檢測和功能冗余校驗(yàn)技術(shù)，以保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完整性。

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