計算機組成原理與設計

內(nèi)容概要

本書介紹了單處理器計算機系統(tǒng)的組成結構和工作原理以及初步設計基礎。第l章主要介紹計算機系統(tǒng)結構的概況，從計算機的應用、分類，到計算機系統(tǒng)的結構組成，再到計算機未來可能的發(fā)展趨勢等，都做了清晰的描述，然后用一個微型機的實例使讀者對計算機的認知更加具體化。第2章主要介紹計算機中的重要運算部件——運算器的組成原理和基本設計方法，詳細敘述各種信息在計算機中的表達方式、運算方法，基本運算器的組織和設計原理，IA-32架構下的浮點運算部件，Inter SSE2的浮點體系結構。第3章主要介紹層次結構存儲器的組成、設計原理和方法，詳細描述存儲器的各種分類和主存的性能指標，存儲子系統(tǒng)的層次結構，介紹主存儲器的組織與設計方法，高速緩存Cache和虛擬存儲器的原理，另用一個實例介紹了Pentium P4和AMD Opteron存儲器的層次結構。第4章重點介紹計算機指令系統(tǒng)中的指令分類、指令格式、尋址方式，以及RISC和CISC的概念和區(qū)別。也用一個實例介紹Inter X86指令系統(tǒng)和ARM指令系統(tǒng)。第5章詳細介紹處理器的工作原理和基本設計方法。主要介紹計算機處理器的功能、組成和時序控制方法以及控制器設計的各種方法，以幾種典型的處理器作為實例介紹各種不同CPU的結構。第6章總線與輸入輸出系統(tǒng)主要介紹各種總線，以及總線與系統(tǒng)的連接和通信方法，各種外設以及外設接口與系統(tǒng)的信息交換方式，最后介紹一個典型外設——數(shù)碼相機。    本書每章節(jié)末都安排了適量的習題，讀者可以通過各章的習題對已完成的內(nèi)容做一個測試，以鞏固和強化學習效果。

書籍目錄

第1章  計算機系統(tǒng)結構概述  1.1  概述    1.1.1  計算機的應用    1.1.2  計算機的類型、特征和性能指標  1.2  計算機系統(tǒng)的組成    1.2.1  計算機系統(tǒng)的硬件組成    1.2.2  計算機系統(tǒng)的軟件組成  1.3  計算機的層次結構    1.3.1  計算機系統(tǒng)的層次結構    1.3.2  硬軟件在邏輯上的等價性  1.4  未來計算機的發(fā)展趨勢    1.4.1  計算機的發(fā)展概況    1.4.2  計算機發(fā)展總趨勢  1.5  實例：打開計算機機箱    1.5.1  剖析鼠標    1.5.2  觀察顯示器    1.5.3  打開機箱  本章小結  習題1第2章  運算器原理與設計  2.1  信息在計算機中的表示    2.1.1  數(shù)的表示    2.1.2  非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法    2.1.3  數(shù)據(jù)校驗碼  2.2  算術邏輯運算基礎    2.2.1  定點數(shù)的加減法    2.2.2  定點乘法運算    2.2.3  定點除法運算    2.2.4  浮點數(shù)的四則運算    2.2.5  邏輯運算  2.3  ALU原理、組織和設計    2.3.1  運算器的基本結構    2.3.2  加法器及其進位系統(tǒng)    2.3.3  集成電路構成ALU    2.3.4  運算器ALU設計  2.4  實例：IA-32中的浮點部件    2.4.1  IA-32的浮點系統(tǒng)結構    2.4.2  Intel SSE2浮點體系結構  本章小結  習題2第3章  層次結構的存儲器組織和設計  3.1  概述    3.1.1  存儲系統(tǒng)的層次結構    3.1.2  存儲器分類    3.1.3  主存儲器的性能指標  3.2  半導體存儲器和存儲芯片    3.2.1  SRAM存儲元和芯片    3.2.2  動態(tài)MOS存儲元和芯片    3.2.3  只讀存儲器芯片  3.3  主存儲器系統(tǒng)設計    3.3.1  高性能存儲器    3.3.2  主存系統(tǒng)組織設計  3.4  層次結構的存儲系統(tǒng)組織    3.4.1  高速緩存Cache      3.4.2  虛擬存儲器  3.5  實例：Intel Pentium P4和AMD Opteron的存儲器層次結構    3.5.1  Intel Pentium P4和AMD Opteron的層次結構存儲器    3.5.2  減少缺失損失的技術  本章小結  習題3第4章  指令系統(tǒng)  4.1  指令功能和類型    4.1.1  概述    4.1.2  數(shù)據(jù)傳送類指令    4.1.3  輸入/輸出指令    4.1.4  算術運算類指令    4.1.5  邏輯運算類指令    4.1.6  程序轉移控制類指令    4.1.7  處理機控制類指令    4.1.8  其他指令  4.2  指令格式    4.2.1  指令字長    4.2.2  操作碼    4.2.3  地址碼  4.3  尋址方式    4.3.1  指令的尋址方式    4.3.2  操作數(shù)尋址方式  4.4  RISC與CISC指令系統(tǒng)    4.4.1  CISC的特點    4.4.2  RISC結構采用的基本技術    4.4.3  經(jīng)典CISC和純RISC體系結構的比較  4.5  實例：Intel x86指令系統(tǒng)    4.5.1  Intel x86指令系統(tǒng)特點    4.5.2  Intel x86指令系統(tǒng)簡介  4.6  實例：ARM指令系統(tǒng)    4.6.1  ARM指令系統(tǒng)的特點    4.6.2 ARM指令系統(tǒng)簡介  本章小結  習題4第5章  中央處理器原理與設計  5.1  處理器工作原理    5.1.1  處理器的功能    5.1.2  處理器組成    5.1.3  指令周期    5.1.4  時序產(chǎn)生器    5.1.5  時序控制方式    5.1.6  利用流水線提高處理器性能  5.2  控制器設計方法    5.2.1  硬布線邏輯控制器設計    5.2.2  微程序控制器設計    5.2.3  可編程邏輯設計  5.3  實例：典型的處理器    5.3.1  INTEL 8086/80286/80386/80486處理器    5.3.2  INTEL Pentium系列處理器    5.3.3  ARM處理器  本章小結  習題5第6章  總線與輸入/輸出系統(tǒng)  6.1  總線系統(tǒng)    6.1.1  總線結構形態(tài)與系統(tǒng)總線連接方式    6.1.2  系統(tǒng)總線與I/O設備的信息傳送方式    6.1.3  系統(tǒng)總線的組成及功能    6.1.4  總線的控制與通信  6.2  總線實例    6.2.1  PCI總線    6.2.2  USB和IEEE 1394總線  6.3  輸入/輸出系統(tǒng)    6.3.1  輸入/輸出接口    6.3.2  外圍設備與CPU交換信息的方式  6.4  常用外圍設備    6.4.1  基本的輸入/輸出設備    6.4.2  硬盤外存儲器  6.5  實例：數(shù)碼相機  本章小結  習題6參考文獻

章節(jié)摘錄

計算機是20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，從第一臺計算機于1946年誕生以來，計算機的應用已經(jīng)滲透到社會生活的各個領域，成為人類工作和生活不可缺少的朋友和助手。計算機已由最初的計算工具，逐步成為適用于多種領域的信息處理設備，有力地推動著整個社會信息化水平的提高。1.1 概述計算機的世界是一個生機勃勃的信息世界，這個充滿創(chuàng)新活力不同尋常的產(chǎn)業(yè)正在以驚人的速度發(fā)展。自20世紀40年代末出現(xiàn)電子計算機以來，這個產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新速度已經(jīng)超越了任何其他的領域。自農(nóng)業(yè)革命和工業(yè)革命以后，計算機帶來了人類的第三次革命，即信息革命，大大增強了人類智慧的力量，對我們的日常生活產(chǎn)生了深遠的影響，同時改變了我們探索新知識的方法。1.1.1 計算機的應用1．科學計算在科學技術及工程設計應用中，所遇到的各種數(shù)學問題的計算，統(tǒng)稱為科學計算。計算機的應用，最早就是從這一領域開展的。電子計算機在科學計算和工程設計中大有作為，它不僅能減少復雜的計算工作量，而且解決了過去無法解決的或者不能及時解決的問題。例如，人造衛(wèi)星和洲際導彈發(fā)射后，正確制導人軌計算；高能物理中熱核反應控制條件及能量計算；天文測量和天氣預報的計算；等等?，F(xiàn)代工程中，電站、橋梁、水壩、隧道等的最佳設計方案的選擇，往往需要詳細計算幾十個甚至幾百個方案，借助電子計算機可以節(jié)省大量的時間、人力的物力。

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《計算機組成原理與設計》由武漢大學出版社出版。

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