计算机组成原理与系统结构PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1　计算机的发展简史 1

1.1.1 电子数字计算机的发展简史 1

1.1.2　冯·诺依曼计算机 2

1.1.3　计算机的分类 3

1.2　计算机的硬件组成 4

1.3　计算机系统 5

1.3.1　计算机系统的组成 5

1.3.2　计算机系统的多层结构 5

1.3.3　计算机系统的性能评价 6

1.4　计算机系统结构、组成和实现 9

1.4.1　计算机系统结构 10

1.4.2　计算机组成 11

1.4.3　计算机实现 12

1.4.4　三者之间的关系 13

1.5　计算机的应用与发展 14

1.5.1　计算机的应用 14

1.5.2　计算机的发展趋势 15

习题1 16

第2章　运算方法及运算器 17

2.1　数据的表示方法 17

2.1.1　数值型数据的表示方法 18

2.1.2　字符数据的表示方法 24

2.2　二进制数据的编码及加减运算 27

2.2.1　4种编码及其加减运算 27

2.2.2　加减运算的溢出判断 32

2.3　定点二进制乘法运算 34

2.3.1　原码一位乘法 34

2.3.2　补码一位乘法 36

2.3.3　原码两位乘法 39

2.3.4　阵列乘法 41

2.4　定点除法运算 41

2.4.1　定点原码除法 41

2.4.2　定点补码除法 44

2.5　浮点运算 46

2.5.1　浮点加减运算 46

2.5.2　浮点乘除运算 48

2.6　运算器的基本部件 49

2.6.1　加法器 49

2.6.2　算术逻辑单元（ALU） 53

2.6.3　运算部件 54

2.6.4　运算器实例 55

2.7　数据校验码 56

2.7.1　奇偶校验码 57

2.7.2　海明校验码 57

2.7.3　循环冗余校验码 59

习题2 62

第3章　存储系统 66

3.1　存储系统概述 66

3.1.1　存储器分类 66

3.1.2　存储系统及设计目标 67

3.2　主存储器 68

3.2.1　主存储器概述 68

3.2.2　ROM 70

3.2.3　RAM 72

3.2.4　半导体存储器的容量扩展 76

3.2.5　主存储器的并行读写技术 78

3.3　高速缓冲存储器（cache） 82

3.3.1　高速缓冲存储器的基本工作原理 82

3.3.2　地址映像及变换方法 84

3.3.3　高速缓冲存储器的替换算法与命中率 89

3.3.4　多层次高速缓冲存储器 92

3.4　辅助存储器 93

3.4.1　辅助存储器概述 93

3.4.2　磁盘及磁盘阵列 94

3.4.3　光盘 107

3.5　虚拟存储器 109

3.5.1　段式存储器 110

3.5.2　页式存储器 111

3.5.3　段页式存储器 113

3.6　相联存储器 116

3.7　存储保护 117

习题3 119

第4章　指令系统 123

4.1　指令和指令系统概述 123

4.2　寻址方式 125

4.2.1　常用的寻址方式 126

4.2.2　寻址方式举例 131

4.3　指令格式的设计及优化 132

4.3.1　指令操作码的设计及优化 133

4.3.2　指令地址码的设计及优化 134

4.4　指令类型 134

4.4.1　运算类指令 135

4.4.2　数据传送指令 135

4.4.3　移位操作指令 135

4.4.4　堆栈指令 137

4.4.5　程序控制指令 137

4.4.6　输入／输出指令 139

4.4.7　字符串处理指令 139

4.4.8　其他指令 139

4.5　RSIC和CISC 140

4.5.1　CISC 140

4.5.2　RISC 142

习题4 143

第5章　控制器 146

5.1　控制器概述 146

5.1.1　控制器的功能 146

5.1.2　控制器的组成 147

5.1.3　指令的执行过程 149

5.2 时序 152

5.2.1 时序概述 152

5.2.2　时序信号产生器 153

5.2.3　控制器的控制方式 156

5.3　微程序控制 157

5.3.1　微程序概述 157

5.3.2　微程序控制器的基本原理 158

5.3.3　微程序的设计 164

5.4　硬布线控制 169

5.4.1　硬布线控制器的组成和基本原理 169

5.4.2　硬布线控制和微程序控制的比较 174

5.5　流水线 174

5.5.1　重叠执行和相关处理 174

5.5.2　流水线工作原理 177

5.5.3　流水线的特点 182

5.5.4　流水线的分类 183

5.6 CPU实例 184

5.6.1　80386 CPU 184

5.6.2　Pentium CPU 187

5.6.3　RISC CPU 188

习题5 193

第6章 总线 197

6.1　总线的基本概念 197

6.2　总线的分类 198

6.2.1 系统总线 199

6.2.2　通信总线 200

6.3　总线特性及性能指标 200

6.3.1　总线特性 200

6.3.2　总线性能指标 201

6.3.3　总线标准 202

6.3.4　总线的主要性能指标 203

6.4　总线结构的连接方式 204

6.4.1　单总线结构 204

6.4.2　双总线结构 204

6.4.3　三总线结构 205

6.5　总线仲裁 206

6.5.1　总线判优控制 206

6.5.2　总线通信控制 208

6.6　计算机中的总线 210

6.6.1　系统总线 211

6.6.2　外部总线 218

6.6.3 内部总线 222

6.6.4　总线未来发展 224

习题6 225

第7章　输入输出系统 229

7.1　输入输出系统概述 229

7.1.1　I/O接口电路 229

7.1.2　I/O接口的结构与功能 229

7.1.3　I/O端口的寻址 231

7.2　输入／输出信息传送控制方式 232

7.2.1　查询方式 233

7.2.2　程序中断方式 234

7.2.3　DMA方式 236

7.2.4　通道和外围处理机方式 237

7.3　程序中断方式 240

7.3.1　中断的基本概念 240

7.3.2　中断控制器8259A 245

7.4　DMA方式 248

7.4.1　DMA控制器8237的内部结构 249

7.4.2　DMA控制器8237 250

7.4.3　8237A的内部寄存器 252

7.4.4　软盘接口逻辑电路举例 255

7.5　I/O设备 255

7.5.1　概述 256

7.5.2　显示器的基本原理 257

7.5.3　打印机的基本原理 267

7.5.4　键盘及鼠标的基本原理 273

7.5.5　其他外部设备 276

习题7 277

第8章　计算机系统结构 280

8.1　超标量处理机和超流水线处理机 280

8.1.1　超标量处理机 280

8.1.2　超流水线处理机 282

8.1.3　超标量超流水线处理机 282

8.2　向量处理机 283

8.2.1　什么是向量处理 283

8.2.2　向量处理方式 284

8.2.3　向量处理机的结构 285

8.2.4　提高向量处理机性能的方法 294

8.2.5　向量处理机的性能评价 301

8.3　并行处理机 304

8.3.1　并行处理机的基本结构 305

8.3.2　并行处理机的特点 306

8.4　多处理机 308

8.4.1　多处理机结构 308

8.4.2　多处理机系统的特点 310

8.4.3　多处理机性能模型简介 311

8.4.4　多处理机的cache一致性 312

8.5　互连网络 317

8.5.1　互连网络的种类 317

8.5.2　互连网络的作用 328

8.5.3　互连网络的特性和传输的性能参数 329

8.6　计算机系统结构新发展 332

8.6.1　冯·诺依曼机系统结构的演变 332

8.6.2　集群计算机系统结构 333

8.6.3　网格技术 336

习题8 338

习题答案 340

参考文献 357