计算机组成原理PDF电子书下载

第1章 计算机系统概述 1

1.1计算机发展简史 1

1.1.1第一代计算机——电子管电子计算机 2

1.1.2第二代计算机——晶体管电子计算机 3

1.1.3第三代计算机——集成电路计算机 4

1.1.4第四代计算机——超大规模集成电路计算机 6

1.1.5第五代计算机——普适计算机 6

1.2计算机的分类 7

1.3计算机系统简介 10

1.3.1计算机系统的层次结构 10

1.3.2计算机体系结构和计算机组成 12

1.4计算机的基本组成 13

1.4.1冯·诺伊曼计算机的特点 13

1.4.2计算机的硬件框图 13

1.5计算机性能的评价 14

1.5.1性能评价的时间因素 14

1.5.2性能评价程序的选择 15

1.6计算机系统设计的准则 16

1.7本书结构 17

习题 17

第2章 运算基础 18

2.1数制和数制转换 18

2.1.1数制 18

2.1.2数制转换 19

2.2数据的编码和表示 20

2.2.1无符号数 20

2.2.2有符号数 20

2.2.3浮点数表示 23

2.2.4二进制信息编码 27

2.3定点数的运算 28

2.3.1移位运算 28

2.3.2加减法运算 30

2.3.3乘法运算 32

2.3.4除法运算 35

2.4浮点数的运算 37

2.4.1浮点数的加减法运算 37

2.4.2浮点数的乘除法运算 38

2.4.3保证位 40

2.5检错码和纠错码 40

2.5.1检错和纠错的理论基础 40

2.5.2奇偶校验 41

2.5.3 CRC校验 41

2.5.4汉明码 42

本章小结 45

习题 45

第3章 数字电路和逻辑电路基础 46

3.1布尔代数 46

3.2逻辑函数的化简 47

3.2.1代数化简法 47

3.2.2卡诺图化简法 47

3.3组合逻辑电路 49

3.3.1加法器 49

3.3.2译码器 52

3.3.3算术逻辑单元 52

3.3.4数据选择器 54

3.4时序逻辑电路 55

3.4.1触发器 55

3.4.2寄存器和移位寄存器 57

3.4.3计数器 58

3.5阵列逻辑电路 59

3.5.1只读存储器 60

3.5.2随机存取存储器 62

3.5.3可编程逻辑器件 63

3.6 VHDL硬件描述语言 65

3.6.1 VHDL语法 66

3.6.2 VHDL实例 68

3.6.3 VHDL工具介绍 69

本章小结 70

习题 71

第4章 系统总线 72

4.1系统总线概述 72

4.1.1总线的分类 73

4.1.2总线的特性和性能指标 74

4.2总线的通信方式 76

4.2.1同步通信方式 76

4.2.2异步通信方式 77

4.3总线仲裁 78

4.3.1集中式仲裁方式 79

4.3.2分布式仲裁方式 80

4.4总线结构 81

4.4.1单总线结构 81

4.4.2多总线结构 81

4.5常用高速总线标准 82

4.5.1 PCI 82

4.5.2 AGP 87

4.5.3 PCI Express 88

本章小结 91

习题 91

第5章 存储器 92

5.1概述 92

5.1.1存储器的分类 92

5.1.2存储器的层次结构 93

5.2主存储器 94

5.2.1主存储器的基本结构 94

5.2.2主存储器的技术指标 96

5.2.3半导体存储器接口的基本技术 97

5.2.4高级DRAM技术 101

5.3辅助存储器 102

5.3.1辅助存储器的种类与技术指标 103

5.3.2硬磁盘存储器 104

5.3.3磁盘阵列存储器 107

5.3.4光盘存储器 111

5.3.5磁带存储器 112

5.4 Cache 112

5.4.1 Cache的工作原理 113

5.4.2地址映射 114

5.4.3替换策略 118

5.4.4 Cache写策略 119

5.4.5 Cache的性能分析 119

5.4.6改进Cache性能的措施 120

5.5虚拟储存器 120

5.5.1虚拟存储器的基本原理 120

5.5.2虚拟存储器的管理 125

5.5.3快表TLB 125

5.5.4 Pentium处理机的虚拟存储器技术 126

本章小结 127

习题 127

第6章 输入输出系统 128

6.1 I/O概述 128

6.1.1 I/O接口的功能及组成 128

6.1.2 I/O接口与I/O端口 130

6.1.3 I/O端口的编址方式 130

6.2程序查询方式 131

6.2.1程序查询的基本思想 131

6.2.2程序查询方式的工作流程 131

6.3程序中断方式 132

6.3.1中断的基本概念 132

6.3.2中断处理流程 134

6.3.3中断向量 135

6.3.4中断判优逻辑 135

6.3.5中断的嵌套 137

6.4 DMA方式 137

6.4.1 DMA的工作方式 137

6.4.2 DMA接口组成 139

6.4.3 DMA的工作过程 140

6.5 I/O通道和I/O处理机 142

6.5.1 I/O通道的种类和功能 142

6.5.2通道型I/O处理机和外围处理机 144

6.6 I/O接口标准 145

6.6.1 IDE和SATA 146

6.6.2 USB和FireWire 146

本章小结 147

习题 148

第7章CPU的结构与功能 149

7.1 CPU的功能 149

7.2 CPU的结构 150

7.2.1 CPU的结构框图 150

7.2.2算术逻辑单元和控制器 151

7.2.3 CPU的寄存器 151

7.3指令周期及其数据通路 153

7.3.1 CPU的执行过程 153

7.3.2指令周期的基本概念 155

7.3.3数据通路及其基本要素 156

7.3.4指令子周期的数据通路 157

7.4 Pentium处理器 159

本章小结 168

习题 168

第8章 指令系统 169

8.1机器指令 169

8.1.1指令的一般书写格式 169

8.1.2指令字长 171

8.2操作数的类型、大小和存储 171

8.2.1操作数类型和大小 171

8.2.2数据在存储器中的存放方式 172

8.3操作类型 173

8.3.1数据传送类 173

8.3.2算术运算类 173

8.3.3逻辑运算类 173

8.3.4控制传送类 174

8.3.5输入输出类 177

8.3.6系统控制类 177

8.4寻址技术 177

8.4.1立即数寻址 178

8.4.2寄存器寻址 178

8.4.3存储器寻址 178

8.4.4寄存器和存储器混合寻址 179

8.4.5相对寻址 180

8.4.6堆栈寻址 181

8.5指令集结构的功能设计 182

8.5.1复杂指令系统计算机 182

8.5.2精简指令系统计算机 182

8.5.3 CISC与RISC的比较 184

8.6指令系统的举例和设计 185

8.6.1 SPARC的指令系统 186

8.6.2 Pentium微处理器的指令系统 190

本章小结 197

习题 197

第9章 控制器 199

9.1控制器的功能 199

9.1.1控制器的功能 199

9.1.2控制器的组成 199

9.1.3微操作命令分析 200

9.1.4控制信号 204

9.2硬布线控制器 206

9.2.1硬布线控制器概述 206

9.2.2硬布线控制器的结构 207

9.2.3硬布线控制器的设计步骤 208

9.3微程序控制器 209

9.3.1微程序控制器概述 209

9.3.2微程序控制器的结构框图 210

9.3.3微程序控制器的工作原理 211

9.3.4微指令的格式 213

9.3.5微指令的编码方式 214

9.3.6微指令序列地址的形成 215

9.3.7微程序控制器举例 217

本章小结 223

习题 223

第10章 并行计算机系统结构 225

10.1计算机系统结构中的并行性概念 225

10.1.1概述 225

10.1.2并行计算机体系结构的分类 225

10.2流水线技术 228

10.2.1流水线原理 228

10.2.2流水线的性能指标 229

10.2.3流水线的相关问题 231

10.2.4动态调度 232

10.3片内并行 237

10.3.1超流水线技术 237

10.3.2超标量技术 237

10.3.3超长指令字技术 238

10.4共享内存的多处理机 239

10.4.1 UMA对称多处理器系统 240

10.4.2 NUMA多处理器系统 243

10.5消息传递的多处理机 244

10.5.1互联网络 245

10.5.2大规模并行处理器 247

10.5.3集群计算 248

10.5.4多计算机的通信软件 251

本章小结 253

习题 254

附录 255

附录A使用硬布线方法设计CPU 255

附录B常用逻辑符号对照表 261

参考文献 262