簡明計算機組成原理

前言

　　“卓越系列·國家示范性高等職業(yè)院校重點建設(shè)專業(yè)教材（計算機類）”（以下簡稱“卓越系列教材”）是為適應(yīng)我國當前的高等職業(yè)教育發(fā)展形勢，配合國家示范性高等職業(yè)院校建設(shè)計劃，以國家首批示范性高等職業(yè)院校建設(shè)單位之一——天津職業(yè)大學(xué)為載體而開發(fā)的一批與專業(yè)人才培養(yǎng)方案捆綁、體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合思想的教材。．　　為更好地做好“卓越系列教材”的策劃、編寫等工作，由天津職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院院長丁桂芝教授牽頭，專門成立了由高職高專院校的教師和企業(yè)、研究院所、行業(yè)協(xié)會、培訓(xùn)機構(gòu)的專家共同組成的教材編審委員會。教材編審委員會的核心組成員為丁桂芝、邱欽倫、楊歡、徐孝凱、安志遠、高文勝、李韻琴。核心組成員經(jīng)過反復(fù)學(xué)習(xí)、深刻領(lǐng)會教育部《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》（教高[2006]16號）及教育部、財政部《關(guān)于實施國家示范性高等職業(yè)院校建設(shè)計劃　加快高等職業(yè)教育改革與發(fā)展的意見》（教高[2006]14號），就“卓越系列教材”的編寫目的、編寫思想、編寫風格、體系構(gòu)建方式等方面達成了如下共識?！　。?）核心組成員發(fā)揮各自優(yōu)勢，物色、推薦“卓越系列教材”編審委員會成員和教材主編，組成工學(xué)結(jié)合作者團隊。作者團隊首先要學(xué)習(xí)、領(lǐng)會教高[2006]16號文件和教高[2006]14號文件精神，轉(zhuǎn)變教育觀念，樹立高等職業(yè)教育必須走工學(xué)結(jié)合之路的思想的基礎(chǔ)上，校企合作，共同開發(fā)適合國家示范性高等職業(yè)院校建設(shè)計劃的教學(xué)資源?！　。?）“卓越系列教材”與國家示范校專業(yè)建設(shè)方案捆綁，力爭成為專業(yè)教學(xué)標準體系和課程標準體系的載體?！　。?）教材風格按照課程性質(zhì)分為理論+試驗課程教材、職業(yè)訓(xùn)練課程教材、頂崗實習(xí)課程教材、有技術(shù)標準課程教材和課證融合課程教材等類型，不同類型教材反映了對學(xué)生不同的培養(yǎng)要求?！　。?）教材內(nèi)容融入成熟的技術(shù)標準，既兼顧學(xué)生取得相應(yīng)的職業(yè)資格認證，又體現(xiàn)對學(xué)生職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)。

內(nèi)容概要

本書面向高職高專院校計算機類各專業(yè)，以職業(yè)崗位核心技能培養(yǎng)為目標，以課程體系要求為依據(jù)，以教授基礎(chǔ)知識和基本技能為主體，突出實用特點。書中主要講解計算機系統(tǒng)內(nèi)部的組成原理，如運算方法與運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設(shè)備等；同時介紹計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念、計算機中的數(shù)據(jù)表示、指令系統(tǒng)、總線技術(shù)、并行處理與流水線技術(shù)、向量處理機、多處理機等。    本書融入作者多年教學(xué)和科研實踐經(jīng)驗及體會，內(nèi)容講解深入淺出，相關(guān)知識層次清晰，體現(xiàn)出模塊化處理的特點，從簡單的系統(tǒng)概念引入，詳細剖析各組成部分，強調(diào)專業(yè)知識與工程實踐相結(jié)合，注重專業(yè)技術(shù)與實踐技能的培養(yǎng)。    本書可作為高職高專院校計算機及相關(guān)專業(yè)的教材，也可作為從事相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和應(yīng)用的參考書。

書籍目錄

計算機系統(tǒng)概論　1.1　計算機與存儲程序控制　1.2　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　1.3　計算機的工作過程與性能　本章小結(jié)　思考題與習(xí)題1計算機中的數(shù)據(jù)表示　2.1　數(shù)值數(shù)據(jù)的表示　2.2　數(shù)的浮點表示　2.3　字符數(shù)據(jù)的表示　2.4　數(shù)據(jù)校驗六　本章小結(jié)　思考題與習(xí)題2運算方法和運算器　3.1　定點運算　3.2　浮點運算　3.3　運算器的基本組成與實例分析　本章小結(jié)　思考題與習(xí)題3　實驗指導(dǎo)計算機的存儲系統(tǒng)　4.1　存儲器概述　4.2　主存儲器　4.3　高速緩沖存儲器　4.4　虛擬存儲器　4.5　輔助存儲器　本章小結(jié)　思考題與習(xí)題4　實驗指導(dǎo)指令系統(tǒng)　5.1　指令系統(tǒng)概述　5.2　指令格式　5.3　指令和數(shù)據(jù)的尋址方式　5.4　堆棧與堆棧操作　5.5　指令格式的優(yōu)化設(shè)計　5.6　指令類型　5.7　復(fù)雜指令系統(tǒng)和精簡指令系統(tǒng)　本章小結(jié)　思考題與習(xí)題5控制器　6.1　控制器概述　6.2　時序系統(tǒng)與組合邏輯控制　6.3　微程序控制器　本章小結(jié)　思考題與習(xí)題6　實驗指導(dǎo)計算機總線技術(shù)　7.1　總線的基本概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)　7.2　總線控制　7.3　常用總線　本章小結(jié)　思考題與習(xí)題7外部設(shè)備與輸入/輸出系統(tǒng)　8.1　外部設(shè)備概述　8.2　計算機中常用的外部設(shè)備　8.3　主機與外設(shè)的連接　8.4　直接程序控制方式　8.5　中斷控制方式　8.6　DMA控制方式　8.7　I/O處理機方式　本章小結(jié)　思考題與習(xí)題8　實驗指導(dǎo)并行處理技術(shù)　9.1　并行處理與流水線技術(shù)　9.2　超標量處理機工作原理　9.3　向量處理機工作原理　9.4　多處理機系統(tǒng)　本章小結(jié)　思考題與習(xí)題9參考文獻

章節(jié)摘錄

　　計算機系統(tǒng)概論　　1.2　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　1.2.3　計算機組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　為加深對本書知識的學(xué)習(xí)和理解，應(yīng)該注意區(qū)分計算機組成和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念上的差別?！　∮嬎銠C系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指那些能夠被程序員所見到的計算機概念性結(jié)構(gòu)與功能特性，包括指令集、數(shù)據(jù)表示、尋址規(guī)則、寄存器定義、存儲系統(tǒng)及I／O結(jié)構(gòu)等。站在不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次上的程序員所看到的計算機具有不同的屬性。　　計算機組成是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)，主要解決如何實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性，包括機器內(nèi)部數(shù)據(jù)流的組成及邏輯設(shè)計等?！　±?，指令系統(tǒng)體現(xiàn)機器的屬性，屬于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要解決的問題。但指令的具體實現(xiàn)，如取指令、指令譯碼、取操作數(shù)、完成運算和傳送結(jié)果等，都屬于計算機組成的問題?！　⌒枰鞔_，計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成與計算機實現(xiàn)之間互不相同，但又相互影響。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。　?。?）計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，但可采用不同的組成。從機器語言或匯編語言程序設(shè)計者的角度所看到的概念性結(jié)構(gòu)是相同的，均是由中央處理機、主存、通道、設(shè)備控制器、外設(shè)等構(gòu)成。其中，中央處理機有相同的機器指令和匯編指令系統(tǒng)，只是指令的分析、執(zhí)行在低檔機上采用順序進行，在高檔機上采用重疊、流水線或其他并行處理方式。　?。?）相同的計算機組成可以有多種不同的實現(xiàn)。如主存器件可用雙極型的，也可用MOS型的；可用VLSI單片，也可用多片小規(guī)模集成電路組成?！　。?）計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同會使采用的計算機組成技術(shù)不同，反之，組成技術(shù)也會影響到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如，為了實現(xiàn)加法和乘法運算，可采用面向寄存器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也可采用面向主存儲器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；要提高運行速度，可使加法與乘法運算并行處理，在組成結(jié)構(gòu)上都要求設(shè)置獨立的加法器和乘法器。又如，微程序控制是計算機組成影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用，通過改變微程序就可改變系統(tǒng)的機器指令，從而改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？梢?，如果沒有計算機組成技術(shù)的進步，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進展是不可能的?！　。?）計算機組成的屬性有數(shù)據(jù)通路寬度、專用部件設(shè)置、功能部件并行、控制機構(gòu)組成方式、可靠性技術(shù)等，著眼于機器內(nèi)各事件的排序方式以及控制機構(gòu)的功能及部件間的關(guān)系。

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