計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

前言

“計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目的在于幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的完整概念，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計(jì)方法，了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最新研究成果。本書以計(jì)算機(jī)組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念和原理為核心，系統(tǒng)介紹新型多核計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的cPU、存儲(chǔ)器、總線和I／O系統(tǒng)的硬件組成與工作原理，同時(shí)介紹并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。概括起來(lái)，本書具有以下特點(diǎn)：·針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，去除芯片級(jí)、電路（接線）級(jí)內(nèi)容，只保留模塊組成、基本原理等邏輯層內(nèi)容，而把省下來(lái)的篇幅集中于介紹新技術(shù)、新思想和新方法，尤其是計(jì)算機(jī)的核心部件——CPU，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近計(jì)算機(jī)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)?！ぜ骖櫪碚撔耘c應(yīng)用性，引入新型計(jì)算機(jī)技術(shù)成果（如酷睿2 CPU、多核技術(shù)、PCIExpress總線、SATA接口、網(wǎng)格計(jì)算等），滿足學(xué)生對(duì)新穎、實(shí)用計(jì)算機(jī)知識(shí)的需求?！び猛ㄋ滓锥奈淖稚钊霚\出地介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本原理和新技術(shù)、新知識(shí)，經(jīng)典理論敘述清楚、透徹，易于理解，新知識(shí)資料翔實(shí)，貼近實(shí)際應(yīng)用和未來(lái)發(fā)展。在本書的基礎(chǔ)上，編者設(shè)計(jì)了新型“計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程，構(gòu)建了以計(jì)算機(jī)組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本理論為核心、重點(diǎn)介紹新型多核計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與工作原理的教學(xué)體系。其主要特色包括：國(guó)際化的教學(xué)內(nèi)容與“理論+應(yīng)用”的教學(xué)體系；基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)特點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)；基于知識(shí)結(jié)構(gòu)和知識(shí)點(diǎn)的自主學(xué)習(xí)方式；多元化、立體化的教學(xué)互動(dòng)交流；多渠道、全方位的學(xué)習(xí)支持服務(wù)體系。經(jīng)教育部組織專家評(píng)審，“計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程獲選為2007年度國(guó)家精品課程（網(wǎng)絡(luò)教育）。課程網(wǎng)站提供教學(xué)大綱、教學(xué)課件、教學(xué)錄像、教學(xué)中重點(diǎn)難點(diǎn)的動(dòng)畫演示等編者精心制作的教學(xué)輔助資源，需要的教師和讀者可以免費(fèi)下載。本書共分8章，具體內(nèi)容如下：·第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論。本章主要介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本情況，包括計(jì)算機(jī)的分類、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域，以及計(jì)算機(jī)的軟硬件組成，最后介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的幾個(gè)主要概念?！さ?章運(yùn)算方法和運(yùn)算器。本章主要介紹計(jì)算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)、非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示，以及定點(diǎn)、浮點(diǎn)運(yùn)算方法，最后介紹作為CPU一部分的定點(diǎn)、浮點(diǎn)運(yùn)算器。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹新型多核計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成與工作原理，同時(shí)也介紹并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。全書共分8章，主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論，運(yùn)算方法和運(yùn)算器，存儲(chǔ)系統(tǒng)，指令系統(tǒng)，中央處理器（CPU），總線系統(tǒng)，輸入輸出（I/O）系統(tǒng)，并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。    本書兼顧理論性與應(yīng)用性，經(jīng)典理論敘述清楚，深入淺出，新知識(shí)資料翔實(shí)，新穎實(shí)用，并且全面引入了酣睿2 CPU、多核技術(shù)、PCI Express總線、SATA接門、網(wǎng)格計(jì)算等新型計(jì)算機(jī)技術(shù)成果。    本書可作為高等院校計(jì)算機(jī)及相關(guān)學(xué)科本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也適合現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育、成人教育學(xué)生使用，還可供從事計(jì)算機(jī)工作的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論　1.1　計(jì)算機(jī)的分類、發(fā)展與應(yīng)用    1.1.1　計(jì)算機(jī)的分類    1.1.2　計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況    1.1.3　計(jì)算機(jī)的應(yīng)用　1.2　計(jì)算機(jī)的基本組成    1.2.1　計(jì)算機(jī)硬件    1.2.2　計(jì)算機(jī)軟件    1.2.3  軟件與硬件的邏輯等價(jià)性　1.3　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念    1.3.1　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)    1.3.2　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)術(shù)語(yǔ)    1.3.3　計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分類　習(xí)題第2章　運(yùn)算方法和運(yùn)算器  2.1　數(shù)據(jù)信息的表示    2.1.1　數(shù)值數(shù)據(jù)的表示    2.1.2　非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示    2.1.3　數(shù)據(jù)信息的校驗(yàn)  2.2　定點(diǎn)運(yùn)算和定點(diǎn)運(yùn)算器    2.2.1　定點(diǎn)加、減法運(yùn)算    2.2.2　定點(diǎn)乘、除法運(yùn)算    2.2.3　邏輯運(yùn)算    2.2.4　定點(diǎn)運(yùn)算器的組成  2.3　浮點(diǎn)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算器    2.3.1　浮點(diǎn)數(shù)的加、減法運(yùn)算    2.3.2　浮點(diǎn)數(shù)的乘、除法運(yùn)算    2.3.3　浮點(diǎn)運(yùn)算流水線    2.3.4　浮點(diǎn)運(yùn)算器實(shí)例  習(xí)題第3章　存儲(chǔ)系統(tǒng)　3.1　存儲(chǔ)器概述    3.1.1　基本概念    3.1.2　存儲(chǔ)器的分類    3.1.3　存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)    3.1.4　存儲(chǔ)器的基本構(gòu)成　3.2　半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片    3.2.1　隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器    3.2.2　只讀存儲(chǔ)器　3.3　主存儲(chǔ)器    3.3.1　主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)    3.3.2　主存儲(chǔ)器的基本組成    3.3.3　主存儲(chǔ)器的擴(kuò)展　3.4　高速存儲(chǔ)器    3.4.1　雙端口存儲(chǔ)器    3.4.2　多模塊交叉存儲(chǔ)器    3.4.3　相聯(lián)存儲(chǔ)器　3.5　高速緩沖存儲(chǔ)器    3.5.1　cache基本原理    3.5.2　地址映射    3.5.3　替換策略    3.5.4　寫操作策略    3.5.5  Pentium PC機(jī)的cache　3.6　虛擬存儲(chǔ)器    3.6.1　虛擬存儲(chǔ)器基本原理    3.6.2　頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器    3.6.3　段式虛擬存儲(chǔ)器    3.6.4　段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器    3.6.5　替換算法    3.6.6  Pentium PC機(jī)的虛擬地址模式　3.7　存儲(chǔ)保護(hù)    3.7.1　存儲(chǔ)區(qū)域保護(hù)    3.7.2　訪問(wèn)方式保護(hù)　習(xí)題第4章　指令系統(tǒng)第5章　中央處理器第6章　總線系統(tǒng)第7章　輸入輸出（I/O）系統(tǒng)第8章　并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

理想的輸出設(shè)備應(yīng)該是“會(huì)寫”和“會(huì)講”的?！皶?huì)寫”已經(jīng)做到，如目前廣為使用的激光打印機(jī)、繪圖儀、CRT／LCD顯示器等，這些設(shè)備不僅能輸出文字信號(hào)，而且還能畫出圖形。至于“會(huì)講”即輸出語(yǔ)言的設(shè)備，目前已有初級(jí)的語(yǔ)音合成產(chǎn)品問(wèn)世。3）適配器外圍設(shè)備有高速的，也有低速的，有機(jī)電結(jié)構(gòu)的，也有全電子式的。由于種類繁多且速度各異，因而它們通常不是直接地同高速工作的主機(jī)相連接，而是通過(guò)適配器（Adapter）部件與主機(jī)相連接。適配器的作用相當(dāng)于一個(gè)轉(zhuǎn)換器，它可以保證外圍設(shè)備按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特性所要求的形式發(fā)送或接收信息。一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有各種類型的外圍設(shè)備，因而具有各種類型的適配器。適配器使得被連接的外圍設(shè)備通過(guò)總線與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)系，以使主機(jī)和外圍設(shè)備并行協(xié)調(diào)地工作。5.總線除了上述五大部件外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中還必須有總線（Bus）。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)總線將CPU、主存儲(chǔ)器及I／O設(shè)備連接起來(lái)?？偩€是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架，是多個(gè)系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。借助于總線連接，計(jì)算機(jī)在各部件之間實(shí)現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。按照信號(hào)類型，可將總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。其中，數(shù)據(jù)總線主要傳送數(shù)據(jù)，是雙向的，既可以輸入，又可以輸出；地址總線傳送地址信息，是單向的，決定數(shù)據(jù)或命令傳送給誰(shuí)；而控制總線則傳送各種控制信號(hào)。1.2.2 計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)軟件是程序的有序集合，而程序則是指令的有序集合。在大多數(shù)計(jì)算機(jī)中，每一條指令都被分配了一個(gè)唯一的編號(hào)（稱為操作碼），以機(jī)器指令代碼的形式存儲(chǔ)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ)數(shù)字，所以它也能存儲(chǔ)指令代碼。因此，整個(gè)程序（指令序列）可以表示成一系列的數(shù)字，從而可以像數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)那樣被計(jì)算機(jī)所處理。1.軟件系統(tǒng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)中全部程序的集合，統(tǒng)稱為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)。事實(shí)上，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算、控制或做其他工作時(shí)，需要有各種用途的程序。因此，凡是用于一臺(tái)計(jì)算機(jī)的各種程序，統(tǒng)稱為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的程序或軟件系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)軟件按其功能可分為應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件兩大類。1）應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是用戶為解決某種應(yīng)用問(wèn)題而編制的程序，如工程設(shè)計(jì)程序、數(shù)據(jù)處理程序、自動(dòng)控制程序、企業(yè)管理程序、情報(bào)檢索程序、科學(xué)計(jì)算程序等等。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，這類程序的種類越來(lái)越多。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》可作為高等院校計(jì)算機(jī)及相關(guān)學(xué)科本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也適合現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育、成人教育學(xué)生使用，還可供從事計(jì)算機(jī)工作的工程技術(shù)人員參考。叢書特點(diǎn)：教學(xué)目標(biāo)明確，注重理論與實(shí)踐的結(jié)合；教學(xué)方法靈活，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力；教學(xué)內(nèi)容先進(jìn)，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)在各專業(yè)中的應(yīng)用；教學(xué)模式完善，提供配套的教學(xué)資源解決方案。

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